Автор: Ленк Дж.
Теги: электротехника справочные пособия по радиоаппаратуре микросхемы электроника схемы
ISBN: 5-94074-043-Х
Год: 2001
Текст
Джон Лен к
500 практических схем на популярных ИС
John D. Lenk
MCGRAW-HILL CIRCUIT ENCYCLOPEDIA
AND TROUBLESHOOTING GUIDE
VOLUME 4
McGraw-Hill
A Division ofTheMcGraw-HiUCompanies
V» York • San Francisco • Washington, D.C. • Auckland • Bogota • Caracas • Lisbon • London
i • Mexico City • Milan ¦ Montreal • New Delhi • Sanjuan • Singapore • Sydney • Tokyo • Toronto
УДК 621.396.6
ББК 32.844я2
ЛЗЗ
Ленк Д.
ЛЗЗ 500 практических схем на популярных НС: Пер. с англ.- М.: ДМК Пресс,
2001. - 448 с: ил. (Серия «Учебник»).
ISBN 5-94074-043-Х
Книга известного американского специалиста по атетгроннке Дж. Ленка
универсальна по своему содержанию. В этом справочном пособии по самым
распространенным типам интегральных микросхем и схемотехническим ре-
шениям на их основе собрана вся информация, нужная специалистам по
электронике.
В книге рассмотрены более 500 рабочих схем, объяснены принципы их
функционирования и особенности применения; даны указания по провер-
ке, отладке, поиску и устранению неисправностей; приведены расчетные со-
отношения для выбора номиналов схемных элементов, таблицы взаимоза-
меняемости, временные диаграммы сигналов.
Все схемы сгруппированы по функциональному назначению: схемы кон-
троля микропроцессоров (супервизоры), коммутаторы, интерфейсные схе-
мы, мостовые измерители, генераторы, широкополосные устройства, опера-
ционные усилители, источники питания, АЦП и ЦАП.
Издание предназначено для инженеров, техников, специалистов по ре-
монту и эксплуатации электронных приборов и средств автоматики, а так-
же научных работников, студентов и любителей технического творчества.
Original edition copyright © 1998 by the McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
Russian edition copyright © 2001 by DMK Press. All rights reserved.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то
ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев
авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, поскольку вероятность
технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную
точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответ-
ственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
ISBN 0-07-038117-8 (англ.) © 1998 by the McGraw-Hill Companies, Inc.
ISBN 5-94074-043-Х © Перевод на русский язык,
оформление. ДМК Пресс, 2001
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 16
1. Схемы контроля микропроцессоров 31
1.1. ИС контроля микропроцессоров 31
1.2. Сброс при включении питания 32
1.3. Сброс при понижении напряжения питания 32
1.4. Запрет записи в память при пониженном напряжении питания 32
1.5. Предупреждение об отключении питания 33
1.6. Переключение на резервную батарею 33
1.7. Сторожевой таймер 34
1.8. Тестирование и устранение неисправностей цифровых
и микропроцессорных схем 34
1.8.1. Логический пробник 34
1.8.2. Логический импульсный генератор 35
1.8.3. Тестирование и поиск неисправностей с помощью пробника и генератора 35
1.9. Общие принципы поиска неисправностей цифровых устройств на ИС 36
1.9.1. Цепи питания и заземления 36
1.9.2. Сигналы сброса, выбора ИС, считывания, записи и начала работы 36
1.9.3. Синхронизирующие сигналы 41
1.9.4. Входные и выходные сигналы 41
1.10. Тестирование ИС контроля микропроцессоров 42
1.11. Описание схем контроля микропроцессоров 49
1.11.1. Схема контроля микропроцессора 49
1.11.2. Схема резервирования питания МП 51
1.11.3. Схема контроля и резервирования питания МП 52
1.11.4. Схема контроля МП с дополнительными возможностями 54
1.11.5. Схемы контроля МП сулучшенными характеристиками 58
1.11.6. Схемы контроля МП повышенной надежности 59
1.11.7. Схемы контроля МП повышенной надежности
с дополнительными возможностями 59
1.11.8. Недорогие схемы контроля МП с батарейным резервированием 60
1.11.9. Недорогие схемы контроля МП повышенной надежности с ручным сбросом.... 60
1.11.10. Недорогие схемы контроля МП для напряжения питания +3 В 62
1.11.11. Схема контроля МП, формирующая сигнал разрешения записи в ОЗУ 63
1.11.12. Недорогие схемы контроля МП с батарейным резервированием
для напряжения питания 3,0/3,3 В 63
1.11.13. Схема контроля напряжения питания с формированием сигнала сброса 64
1.11.14. Схемы контроля МП с внутренней резервной батареей 66
2. Аналоговые коммутаторы и ключи 67
2.1. Экстремальные уровни напряжения 67
2.2. Методы проверки интегральных коммутаторов и ключей 69
2.2.1. Проверка основных функций 70
2.2.2. Проверка тока утечки выключенного канала 70
2.2.3. Проверка времени переключения 71
Р"б""| 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
2.2.4. Измерение прямого сопротивления замкнутого ключа 72
2.2.5. Измерение тока утечки замкнутого ключа 72
2.2.6. Измерение тока утечки разомкнутого ключа 73
2.2.7. Проверка основных функций коммутатора 73
2.2.8. Измерение времени задержки переключения каналов
относительно адресных сигналов 75
2.2.9. Время перекрытия переключаемых каналов 75
2.2.10. Измерение задержки переключения каналов
относительно сигнала разрешения переключения 75
2.2.11. Измерение заряда переключения 76
2.2.12. Измерение развязки разомкнутого ключа 76
2.2.13. Измерение развязки между включенными каналами 77
2.2.14. Емкость канала 77
2.3. Описание аналоговых коммутаторов и ключей 77
2.3.1. Входные каскады устройства сбора данных 77
2.3.2. Система сбора данных с защищенным дифференциальным входом 78
2.3.3. КМОП коммутатор радио- и видеосигналов 81
2.3.4. Коммутатор повышенной надежности 81
2.3.5. Усилитель с программируемым коэффициентом усиления 82
2.3.6. Ослабление влияния емкостной нагрузки 82
2.3.7. Компенсация фазовых искажений 83
2.3.8. Восьмиканальная схема коммутации дифференциальных сигналов
с последовательным переключением каналов 83
2.3.9.16-канальная схема коммутации дифференциальных сигналов
с последовательным переключением каналов 84
2.3.10. Схема выборки-хранения 84
2.3.11. Восьмиканальный переключатель с управлением
по последовательному интерфейсу 85
2.3.12. Коммутатор 8X1 на ИС МАХ335 88
2.3.13. Дифференциальный коммутатор4x2 на ИСМАХЗЗ5 88
2.3.14. Однополюсные переключатели на два направления на ИС МАХ335 89
2.3.15. ИС защиты многоканальных линий передачи сигналов с ключами
повышенной надежности 90
3. Схемы интерфейса 92
3.1. Длина кабеля 92
3.2. Снижение потребляемой мощности и режим отключения 94
3.3. Гальваническая развязка линий передач 95
3.4. Сравнение стандартов на интерфейсы 96
3.5. Проверка и поиск неисправностей интерфейсных ИС 97
3.6. Проверка работоспособности 98
3.6.1. Проверка работы в режимах разрешения/запрета и отключения 99
3.6.2. Проверка тока потребления в режиме отключения 99
3.6.3. Проверка скорости нарастания выходного напряжения при переключении 100
3.6.4. Проверка в режиме замкнутой петли 100
3.7. Описание интерфейсных ИС 101
3.7.1. Передача данных по стандарту RS-485/422 с гальванической развязкой 101
3.7.2. Организация типовой сети обмена данными по стандарту RS-485/422 104
СОДЕРЖАНИЕ
3.7.3. Приемопередатчики с внешними конденсаторами с напряжением питания 5 В .. 105
3.7.4. Приемопередатчики с защитой от электростатического разряда 115
3.7.5. Программируемый приемопередатчик DTE/DCE 117
3.7.6. Двойной приемопередатчик с напряжением питания +1,8...+4,25 В 117
3.7.7. Многоканальные передатчики/приемники с напряжением питания 5 В 122
3.7.8. Импульсный генератор для источника питания интерфейса RS-485
с гальванической развязкой 140
3.7.9. Приемопередатчики с пониженной потребляемой мощностью
для интерфейсов RS-485/422 147
4. Мостовые схемы 153
4.1. Основные мостовые схемы и их работа 153
4.1.1. Мостовой измерительный усилитель 153
4.1.2. Мостовой датчик давления с цепью автоматического регулирования 154
4.1.3. Малошумящий мостовой усилитель с подавлением синфазных сигналов 154
4.1.4. Малошумящий мостовой усилитель со стабилизацией прерыванием 155
4.1.5. Мостовой усилитель с одним источником питания
и подавлением синфазных сигналов 158
4.1.6. Мостовой усилитель с высокой разрешающей способностью
и одним источником питания 159
4.1.7. Схема для точного измерения веса 159
4.1.8. Мостовая схема с «плавающим» входом 161
4.1.9. Мостовой резистивныйдатчиктемпературы 161
4.1.10. Резистивныйдатчиктемпературы с переключаемым конденсатором 162
4.1.11. Терморезисторный мост с линейным выходом 163
4.1.12. Мостовая схема с малой потребляемой мощностью 164
4.1.13. Периодическое включение мостового тензодатчика 164
4.1.14. Импульсной режим работы мостового тензодатчика 164
4.1.15. Мостовой датчик с устройством выборки-хранения 164
4.1.16. Мостовой датчик высокой разрешающей способности с УВХ 168
4.1.17. Синхронный мостовой демодулятор с питанием переменным током 169
4.1.18. Мостовая схема, работающая в заданном временном интервале 170
4.1.19. Генератор прямоугольных импульсов 170
4.1.20. Генератор с кварцевой стабилизацией частоты 171
4.1.21. Генератор гармонических колебаний с кварцевой стабилизацией частоты 172
4.1.22. Генератор с кварцевой стабилизацией частоты
и подавлением синфазного сигнала 172
4.1.23. Базовая схема генератора гармонических колебаний с мостом Вина 172
4.1.24. Многодиапазонный генератор с мостом Вина 173
4.1.25. Генератор гармонических колебаний с мостом Вина
и электронной стабилизацией амплитуды сигнала 174
4.1.26. Высокостабильный генератор с мостом Вина 176
4.1.27. Генератор с мостом Вина и автоматической подстройкой сигнала 177
4.1.28. Генератор с мостом Вина и подавлением синфазного сигнала моста 177
4.1.29. Выпрямитель/вольтметр переменного тока с диодным мостом 179
5- Быстродействующие схемы iso
5.1. Основные быстродействующие схемы и их работа 180
Г"8~] 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
5.1.1. Усилитель ЦАП 180
5.1.2. Двухканальный видеоусилитель 180
5.1.3. Простой видеоусилитель 182
5.1.4. Усилитель для приема сигнала с кабеля 182
5.1.5. Стабилизация по постоянному току с использованием точки суммирования .... 182
5.1.6. Стабилизация по постоянному току
с дифференциальным съемом напряжения смещения нуля..: 183
5.1.7. Стабилизированный усилитель с высоким входным сопротивлением 183
5.1.8. Стабилизированный усилитель с коэффициентом усиления 10 183
5.1.9. Стабилизированный усилитель с коэффициентом усиления 1000 185
5.1.10. Быстродействующий дифференциальный приемник сигналов
с двухпроводной линии 187
5.1.11. Усилитель с трансформаторной связью 189
5.1.12. Быстродействующий дифференциальный усилитель-компаратор
с регулируемым порогом 189
5.1.13. Двухпороговый усилитель-компараторе регулируемым окном 190
5.1.14. Усилитель с фотодиодом 192
5.1.15. Быстродействующий фотоинтегратор 193
5.1.16. Приемник для волоконно-оптической линии связи 194
5.1.17. Адаптивный приемник для волоконно-оптической линии связи
в диапазоне частот до 40 МГц 194
5.1.18. Точный аналоговый перемножитель в диапазоне частот до 50 МГц 196
5.1.19. Усилитель мощности 196
5.1.20. Усилитель мощности с большим выходным током 198
6. Операционные усилители и компараторы 199
6.1. Проверка усилителей 199
6.1.1. Оборудование для испытаний усилителей 199
6.1.2. Децибел: основные понятия 201
6.1.3. Соотношения для удвоения мощности 202
6.1.4. Сложение децибелов 202
6.1.5. Использование децибелов для сравнения величин напряжений и токов 203
6.1.6. Децибелы и измерения абсолютных величин 203
6.1.7. Амплитудно-частотная характеристика 204
6.1.8. Усиление по напряжению 210
6.1.9. Выходная мощность и усиление мощности 210
6.1.10. Входная чувствительность 211
6.1.11. Полоса пропускания 211
6.1.12. Влияние нагрузки 211
6.1.13. Выходное сопротивление 212
6.1.14. Входное сопротивление 213
6.1.15. Ток потребления, выходная мощность. КПД и чувствительность 213
6.1.16. Анализ искажений с использованием синусоидального сигнала 213
6.1.17. Анализ искажений с использованием прямоугольных сигналов 214
6.1.18. Гармонические искажения 217
6.1.19. Интермодуляционные искажения 219
6.1.20. Фоновый шум 220
6.1.21. Отношение сигнал/шум 221
СОДЕРЖАНИЕ
6.1.22. Скорость нарастания и переходные характеристики 222
6.1.23. Измерение переходных характеристик 223
6.1.24. Фазовый сдвиг 225
6.1.25. Измерения в цепях обратной связи 226
6.1.26. Входной ток 227
6.1.27. Входной ток сдвига и напряжение смещения нуля 228
6.1.28. Ослабление синфазного сигнала 229
6.1.29. Влияние нестабильности напряжения питания 230
6.2. Типы усилителей на ИС 230
6.2.1. Операционные усилители 230
6.2.2. Управляемый операционный усилитель 233
6.2.3. ОУ со стабилизацией прерыванием 234
6.2.4. Прохождение сигнала 236
6.2.5. Измерение усиления отдельных каскадов 237
6.2.6. Пониженное усиление 238
6.2.7. Искажения в каскадах усилителя на дискретных элементах 239
6.2.8. Влияние утечки на работу схем с дискретными элементами 239
6.2.9. Ток утечки коллектор-база 240
6.2.10. Проверка токов утечки транзисторов в схеме ...240
6.2.11. Пример поиска неисправностей в усилителе 241
6.3. Компараторы 245
6.3.1. Работа с интегральными компараторами 246
6.3.2. Проверка компараторов 247
6.3.3. Определение неисправностей в схемах компараторов 248
6.3.4. Проблемы быстродействия компараторов 250
6.4. Применение ОУ и компараторов 251
6.4.1. Малошумящий измерительный усилитель 251
6.4.2. Инвертирующий усилитель 252
6.4.3.8-канальный мультиплексор видеосигналов для работы на кабель 253
6.4.4.2-канальный мультиплексор видеосигналов для работы иа кабель 254
6.4.5. Усилитель для работы на кабель с минимальными фазовыми искажениями ... 254
6.4.6. Двухполупериодный выпрямитель иа одном ОУ 254
6.4.7. Однополупериодный выпрямитель 256
6.4.8. Сверхбыстродействующий компаратор
с ЭСЛ выходом и управляемым режимом выборки-хранения 256
6.4.9. Компаратор с ЭСЛ выходом 257
6.4.10. Широкополосный быстродействующий ОУ с мультиплексным входом 258
6.4.11. Малошумящий быстродействующий измерительный усилитель 259
6.4.12. Малошумящий микрофонный предусилитель 259
6.4.13. Двухполупериодный выпрямитель на одном ОУ 259
6.4.14. Выносной датчик измерителя рН со встроенным усилителем 260
6.4.15.4-канальная схема выборки-хранения 262
6.4.16. Усилитель выносного датчика напряжение-ток с дистанционным питанием.. 262
6.4.17. Источник отрицательного опорного напряжения-2,5 В 263
6.4.18. Повторитель напряжения для емкостной нагрузки до 100 пФ 264
6.4.19. Повторитель напряжения для емкостной нагрузки свыше 100 пФ 264
6.4.20. Повторитель напряжения повышенной точности 265
6.4.21. Малошумящий прецизионный дифференциальный усилитель с высоким
коэффициентом усиления 265
(~1Q~| 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
6.4.22. Дифференциальные усилители с однополярным питанием 268
6.4.23. Согласующее устройство для низковольтного АЦП 269
6.4.24. Источник питания с автоматическим выключением через заданное время 271
6.4.25. Детектор с окном 271
6.4.26. Одношкальный индикатор на светодиодах 272
6.4.27. Простой линейный приемопередатчик 273
6.4.28. Пороговый детектор с цифровым управлением 273
7. Схемы источников питания 275
7.1. Методы проверки источников питания и стабилизаторов 275
7.1.1. Методика тестирования 275
7.1.2. Детальная проверка 281
7.1.3. Влияние источника питания 283
7.1.4. Влияние нагрузки 284
7.1.5. Шумы и пульсации 284
7.1.6. Дрейф 284
7.1.7. Температурный коэффициент 285
7.2. Поиск неисправностей в импульсных источниках питания 285
7.2.1. Паразитная связь с «землей» 285
7.2.2. Компенсация измерительного кабеля осциллографа 286
7.2.3. Наводки в заземляющем проводе с зажимом 286
7.2.4. Измерения на элементах 286
7.2.5. Электромагнитные помехи 287
7.2.6. Советы и предостережения 289
7.3. Поиск неисправностей в линейных источниках питания 293
7.3.1. Двухполярный источник питания с предварительной стабилизацией 294
7.4. Описание схем источников питания 295
7.4.1. Схема управления МДП транзисторами 295
7.4.2. Мостовая схема управления двигателем постоянного тока 295
7.4.3. Система управления шаговым двигателем 297
7.4.4. Источник питания, повышающий напряжение 297
7.4.5. Переключатель с открытым выходом 299
7.4.6. Преобразователи напряжения 299
7.4.7. Преобразователь положительного и отрицательного напряжений 299
7.4.8. Быстродействующие драйверы МДП транзисторов с токами до 1,5 А 301
7.4.9. Повышающие ШИМ стабилизаторы 301
7.4.10. Источник питания на 12 В для программирования флэш-памяти 304
7.4.11. Понижающий ШИМ стабилизатор 304
7.4.12. Преобразователь положительного напряжения в отрицательное 304
7.4.13. Повышающий преобразователь отрицательного напряжения 306
7.4.14. Модуль программирования флэш-памяти 307
7.4.15. Понижающий преобразователь 307
7.4.16. Модуль, преобразующий напряжение +5 В в ±12 или ±15 В 309
7.4.17. Быстродействующий одиночный МДП драйвер на ток 6 А 310
7.4.18. Преобразователь напряжения с перекачиванием заряда 313
7.4.19. Р-канальный линейный стабилизатор с малым падением напряжения 313
7.4.20. Перестраиваемый инвертирующий ШИМ стабилизатор на -5 В 313
7.4.21. Контроллер токового режима на базе импульсного источника питания 315
СОДЕРЖАНИЕ ПТ
7.4.22. Понижающий Р-канальный контроллер 316
7.4.23. Понижающий ШИМ стабилизатор на ток 5 А 319
7.4.24. Понижающий ШИМ стабилизатор на ток 2 или 5 А 321
7.4.25. Эффективный преобразователь напряжения на 12 В
с обратной связью 321
7.4.26. Преобразователь напряжения на 12 В без обратной связи 321
7.4.27. Эффективный преобразователь напряжения 9 В 323
7.4.28. Повышающий/понижающий преобразователь
с выходным напряжением 5 или 3,3 В 323
7.4.29. Компенсированный источник питания
с выходным 12 В и входным от 4.5 до 15 В напряжением 323
7.4.30. Бестрансформаторная схема источника питания
с входным -48 В и выходным 5 В напряжением 324
7.4.31. Монолитный КМОП преобразователь напряжения 325
7.4.32. Источник питания для программирования микросхем флэш-памяти 325
7.4.33. Источник питания на два выхода с напряжениями +12 и +20 В 327
7.4.34. Эффективный инвертирующий источник питания 327
7.4.35. Инвертор с изменяемым выходным напряжением 328
7.4.36; Эффективный преобразователь на 5 В 329
7.4.37. Эффективный преобразователь на 12 В с обратной связью 329
7.4.38. Эффективный преобразователь на 12 В без обратной связи 329
7.4.39. Эффективный маломощный преобразователь на 9 В 331
7.4.40. Преобразователь на 12 В с функцией контроля напряжения 331
7.4.41. Преобразователь на 24 В 332
7.4.42. Преобразователь на 15 В 332
7.4.43. Преобразователь на 16 В 333
7.4.44. Источник выходного напряжения 100 В 333
8. Батарейные и микромощные схемы питания ззб
8.1. Описание микромощных схем с батарейным питанием 336
8.1.1. Повышающий импульсный стабилизатор 336
8.1.2. Инвертирующий импульсный стабилизатор 336
8.1.3. Микромощный стабилизатор напряжения 338
8.1.4. Стабилизатор+5 В с малым падением напряжения 339
8.1.5. Регулируемый стабилизаторе малым падением напряжения 339
8.1.6. Уменьшение тока покоя 340
8.1.7. Снижение минимального тока покоя 340
8.1.8. Эффективный понижающий стабилизатор напряжения +5 В 340
8.1.9. Низковольтный повышающий преобразователь 341
8.1.10. Повышающий преобразователь напряжения на 3,3/5 В 341
8.1.11. Регулируемый повышающий преобразователь 342
8.1.12. Стабилизатор/зарядное устройство
для четырех никель-кадмиевых аккумуляторов 344
8.1.13. Термочувствительное зарядное устройство
для никель-кадмиевых аккумуляторов 344
8.1.14. Зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов 345
8.1.15. Переключаемое термочувствительное зарядное устройство 346
8.1.16. Термочувствительное зарядное устройство для
никель-кадмиевых аккумуляторов с низкоомным источником заряда 347
2] 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
8.1.17. Контроллер ускоренного заряда аккумуляторов NiCd/NiMH 347
8.1.18. Зарядное устройство с линейным стабилизатором 351
8.1.19. Источник питания флуоресцентных ламп подсветки 352
8.1.20. Комбинированный источник питания ЖК дисплея 353
8.1.21. Источник питания ЖК дисплея с цифровой подстройкой 353
8.1.22. Источник отрицательного напряжения для ЖК дисплея 354
8.1.23. Микромощный источник питания ЖК дисплея 355
8.1.24. Источник питания ЖК дисплея с перекачиванием заряда 357
8.1.25. Источник для цепи регулировки контрастности цветного ЖК дисплея 357
8.1.26. Сдвоенный драйвер, переключающий повышенные напряжения 359
8.1.27. Сдвоенный переключающий драйвер повышенного напряжения 359
8.1.28. Снижение влияния бросков тока при высокоемкостных нагрузках 360
8.1.29. Контроллеры двунаправленных МОП переключателей 360
8.1.30. Переключающий драйвер для напряжений 18-28 В 361
8.1.31. Экономичный переключающий драйвер напряжений 18-28 В 362
8.1.32. Управление питанием портативного компьютера 362
8.1.33. Управление блоком питания
с четырьмя никель-кадмиевыми аккумуляторами 362
8.1.34. Переключатели для работы в схемах напряжением 3,3 В 364
8.1.35. Электронный прерыватель 365
8.1.36. Защита цепи питания интерфейса SCSI 366
8.1.37. Мощный источник питания на 3,3 В с входным напряжением 5 В 367
8.1.38. Маломощный преобразователь напряжения 3,3 В в 5 В 367
8.1.39. Источник питания с выходными напряжениями 5 и 12 В 368
8.1.40. Импульсный стабилизатор с питанием от щелочной батареи 370
8.1.41. Замена батареи напряжением 9 В двумя элементами типа АА 370
8.1.42. Схема получения напряжений 3,3 или 5 В от двух или трех элементов 372
8.1.43. Схема получения напряжений 3,3/5 В и 5/12 В от двух или трех элементов 373
8.1.44. Схема получения напряжений 3.3/5 В, +12 и -18 В
от двух или трех элементов 374
8.1.45. Схема получения напряжения -24 В от двух или трех элементов 375
8.1.46. Схема получения малошумящего напряжения 5 В от двух или трех элементов 375
8.1.47. Недорогая микромощная схема получения напряжения 5 В
от двух или трех элементов 376
8.1.48. Линейный стабилизатор на 3/3,3 В с питанием от трех элементов 377
8.1.49. Схема получения напряжения 3,3 В от четырех - шести элементов 378
8.1.50. Линейный стабилизатор на 5 В с питанием от четырех элементов 380
8.1.51. Двухкаскадный стабилизатор напряжения 5 В от четырех элементов 380
8.1.52. Инвертирующая схема получения напряжения 5 В от четырех элементов 380
8.1.53. Повышающий/понижающий стабилизатор 5 В от четырех элементов 382
8.1.54. Линейный стабилизатор с тремя выходами
и питанием от пяти элементов 383
8.1.55. Схема получения напряжения 5 В от пяти элементов 384
8.1.56. Схема получения напряжений 3,3/5 В от9-вольтовой батареи 384
8.1.57. Схема преобразования отрицательного напряжения в напряжение +5 В 384
8.1.58. Схема получения напряжения -5 В из напряжения +5 В
или от четырех - восьми элементов 385
8.1.59. Схема получения напряжения -5 В из напряжения +5 В
или от пяти - восьми элементов 386
СОДЕРЖАНИЕ
8.1.60. Схема получения напряжения -5 В с малыми шумами от источника +5 В 386
8.1.61. Маломощная схема получения напряжения -5 В из напряжения +5 В 387
8.1.62. Маломощная схема с перекачиванием заряда
для получения напряжения -5 В 388
8.1.63. Микромощная схема с перекачиванием заряда
для получения напряжения -5 В 389
8.1.64. Линейный стабилизатор с малым падением напряжения 389
8.1.65. Токочувствительный усилитель с повышенным напряжением 390
8.1.66. Схема контроля напряжений 391
8.1.67. Схема получения напряжений 3,3,5 и 12 В от 6-12 элементов 392
9. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые
преобразователи зэз
9.1. Проверка и поиск неисправностей АЦП 393
9.2. Проверка и поиск неисправностей ЦАП 394
9.3. Описание схем АЦП и ЦАП 397
9.3.1. Восьмиразрядный АЦП с внутренним 16-канальным мультиплексором 397
9.3.2. Аналого-цифровое преобразование относительных величин 398
9.3.3. Аналого-цифровое преобразование абсолютных величин 400
9.3.4. Использование источника опорного напряжения
в качестве источника питания 400
9.3.5. Использование буферизованного опорного напряжения
в качестве питающего 401
9.3.6. Исключение регулировок усиления по входу 401
9.3.7. Простой 32-канальный АЦП 403
9.3.8. Простой дифференциальный 8-канальный АЦП 404
9.3.9. Дифференциальный 16-канальный АЦП 405
9.3.10. Схемы буферизации 406
9.3.11. АЦП с микропроцессорным управлением усиления 408
9.3.12. АЦП с выборкой и хранением 409
9.3.13. Организация интерфейса АЦП/МП 411
9.3.14. Упрощенный интерфейсе МП 8080 412
9.3.15. Интерфейсе МП 8080 с частичным дешифрированием 414
9.3.16. Упрощенный интерфейс с МП Z80 415
9.3.17. Интерфейсе МП Z80 с дешифрированием 416
9.3.18. Интерфейс с МП NSC800 с частичным дешифрированием 416
9.3.19. Упрощенный интерфейс с МП NSC800 417
9.3.20. Упрощенный интерфейсе МП 6800 418
9.3.21. Интерфейс с МП 6800 с частичным дешифрированием 419
9.3.22. Перемножающие ЦАП 421
9.3.23. Генератор синусоидальных сигналов с цифровым управлением 421
9.3.24. Цифровой потенциометр 422
9.3.25. Цифровой потенциометр с комбинированным усилителем 423
9.3.26. ЦАП со смещенным уровнем выходного сигнала 423
9.3.27. Использование ЦАП с одним источником питания 424
9.3.28. ЦАП с биполярным выходным сигналом 425
9.3.29. Усилитель, управляемый ЦАП 425
9.3.30. Умножитель емкости 426
f] 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
9.3.31. ЦАП с увеличенными выходными напряжениями и токами 427
9.3.32. Токовый контроллер на основе ЦАП 427
9.3.33. Контроллер токовой петли на основе ЦАП 428
9.3.34. Цифровая компенсация веса тары 430
ПОСВЯЩЕНИЕ
Приветствую всех из Villa Buttercup.
Моя чудесная жена Ирен. Благодарю за то, что ты поддерживала меня все эти
годы!
Мои любимые родные и близкие: Карен, Том, Брендон, Джастин, Майкл и Робин.
А также наши Лэмби и Суззи. Будьте счастливы, где бы вы ни находились!
Мои читатели! Пусть благополучие найдет дорогу в ваш дом. Счастья вам
и здоровья. Спасибо за то, что покупаете мои книги!
Особая благодарность Стивену Чепмену, Стивену Фитцджеральду, Лесли Венд-
жеру, Теду Нардину, Майку Хейсу, Лайзе Шрейджер, Патрику Хансарду, Питеру
Меллису, Мери Мюррей, Кэрол Уилсон, Флоренс Тримбл, Френ Минерве, Джейн
Старк и Роберту Мак-Гроу из Мак-Гроу Хилл за то, что моя книга стала бестсел-
лером в разных странах! Это уже 89-я книга.
Всех благ!
ВВЕДЕНИЕ
В этой книге представлено более 500 электронных схем, часто используемых на
практике, рассказано о принципах их функционирования, особенностях примене-
ния в различных устройствах и системах и описаны применяемые в них интеграль-
ные микросхемы (ИС).
Перед вами не просто сборник описаний различных схем. Во-первых, все они
сгруппированы по функциональной принадлежности. Для каждой группы приве-
дены практические рекомендации по выявлению и устранению неисправностей,
которые помогут, если собранная схема не работает должным образом. Во-вторых,
схемы даны со всеми подробностями, с указанием типов и значений схемных эле-
ментов, поэтому вы можете сразу использовать их в работе. В тех случаях, когда
характеристики устройств (рабочий диапазон частот, мощность выходных сигна-
лов и т.п.) зависят от величин схемных элементов, книга поможет выбрать их нуж-
ные значения для получения требуемых параметров.
Настоящее издание будет особенно полезно любителям технического творче-
ства, студентам и ученым, сэкономит время конструкторам и разработчикам.
Благодарности
В создании книги принимали участие многие профессионалы. И я чрезвычайно
признателен им за огромную работу, которую они проделали для того, чтобы эта
книга родилась. Такой колоссальный труд не по силам одному человеку, вот поче-
му я выражаю огромную благодарность всем, кто внес свой вклад (прямой или
косвенный) в написание этого труда.
Со словами особой благодарности хочу обратиться к Алану Хауну (Alan Haun)
из Analog Devices, Сиду Копперсмиту (Syd Coppersmith) из Dallas Semiconductor,
Рози Хайнойоза (Rosie Hinojosa) из EXAR Corporation, Джеффу Солтеру (Jeff
Salter) из GEC Plessey, Джону Аллену (Jonn Allen), Элен Кокс (Helen Cox)
и Линде да Коста (Linda da Costa) из Harris Semiconductors, Рону Денчфильду
(Ron Denchfield) и Бобу Скотту (Bob Scott) из Linear Technology Corporation,
ИСТОЧНИКИ ДАННЫХ О МИКРОСХЕМАХ И АДРЕСА ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ рТ]
Дэвиду Фалладжеру (David Fullagar) и Уильяму Левину (William Levin) из Maxim
Integrated Products, Фреду Сваймеру (Fred Swymer) из Microsemi Corporation,
Линде Капкара (Linda Capcara) из компании Motorola Inc, Эндрю Дженкинсу (An-
drew Jenkins) и Шантха Натарайану (Shantha Natarajan) из National Semiconductor,
Антонио Ортису (Antonio Ortiz) из Optical Raytheon Electronics Incorporated, Лоу-
ренсу Фоджелу (Lawrence Fogel) из Philips Semiconductors, Джону Марлоу (J°hn
Marlow) из Raytheon Electronics Semiconductors division, Энтони Армстронгу
(Anthony Armstrong) из Semtech Corporation, Эду Окснеру (Ed Oxner) и Роберту
Декеру (Robert Decker) из Siliconics Incorporated, Эми Салливэн (Amy Sullivan)
из Texas Instruments, Алану Кэмпбеллу (Alan Campbell) из Unitrode Corporation,
Салли и Барри Е. Браун (Брокер) (Sally and Barry E. Brown (Broker)) и Эндрю
Йодеру (Andrew Yoder) - создателю бестселлеров.
Также хочу выразить особую признательность Джозефу А. Лэбоку (Joseph A.
Labok) из колледжа Los Angeles Valley College за помощь и дружескую поддержку.
Кроме того, я очень благодарен Стиву Чэпмену (Steve Chapman), Стивену Фитц-
джеральду (Stephen Fitzgerald), Лесли Венджер (Leslie Wenger), Патрику Хансарду
(Patrick Hansard), Питеру Меллису (Peter Mellis), Теду Нардину (Ted Nardin),
Майку Хейсу (Mike Hays), Лайзе Шрейджер (Lisa Schrager), Мэри Мюррей (Магу
Murray), Кэрол Уилсон (Carol Wilson), Джуди Кесслер (Judy Kessler), Монике
Масезинскас (Monika Macezinskas), Флоренс Тримбл (Florence Trimble), Фрэн
Минерве (Fran Minerva), Джейн Старк (Jane Stark), Фреду Перкинсу (Fred Per-
kins), Роберту Мак-Гроу (Robert McGraw), Джуди Рейс (Judith Reiss), Чарльзу
Лаву (Charles Love), Бетти Кроуфорд (Betty Crawford), Джин Майерс (Jeanne
Myers), Пегги Лэмб (Peggy Lamb), Томасу Ковальчику (Thomas Kovalczyk), Су-
занне Барбеф (Suzanne Barbeuf), Жаклин Бун (Jaclyn Boone), Кэти Грин (Kathy
Green), Донне Наморато (Donna Namorato), Джулии Лукас (Jxxlie Lucas), Шерри
Соуффранс (Sherri Souffrance), Эллисон Эреас (Allison Arias) и Мидж Хэреймис
(Midge Haramis) из McCraw-Hill Professional Publishing organisation за то, что они
так верили в меня.
Выражаю свою признательность Ирен — моей жене и личному представителю.
Без ее помощи эта книга не могла бы появиться на свет.
Источники данных о микросхемах и адреса производителей
В конце каждого раздела с описанием схемы имеется ссылка на ее источник (как
правило, руководство по применению микросхемы фирмы-производителя). Ин-
формация содержит название публикации, год издания и номера страниц, на ко-
торых упоминается представленная схема Таким образом, вы можете обратиться
непосредственно к оригиналу в поисках дополнительных сведений о схеме или ее
компонентах. С этой целью в данный раздел включены адреса и телефоны фирм-
производителей. При письменных обращениях указывайте полную информацию,
включая год издания и номера страниц источника, где упоминается интересующее вас
устройство. Отметим, что все схемы, приведенные в книге, воспроизведены (с разре-
шения издателя) в том виде, в каком они представлены в первоисточниках.
Щ ВВЕДЕНИЕ
AIE Magnetics
701 Murfreeboro Road
Nashville, TN 37210
F15) 244-9024
Analog Devices
One Technology Way
PO Box 9106
Norwood, MA 02062-9106
F17) 326-8703
Dallas Semiconductor
4401 S. Beltwood Parkway
Dallas, TX 75244-3292
B14) 450-0400
EXAR Corporation
2222 Qume Drive
PO Box 49007
San Jose, CA 95161-9007
D08) 434-6400
Fax D08) 943-8245
GEC Plessey Semiconductors
Cheney Manor
Swindon, Wiltshire
United Kingdom SN2 2QW
0793 51800
Fax 0793 518411
Harris Semiconductor
PO Box 883
Melbourne, FL 32902-0883
D07) 724-7747
Fax D07) 724-3937,
1-800-442-7747
Linear Technology Corporation
1630 McCarthy Boulevard
Milpitas, CA 95036-7847
D08) 432-1900
Fax D08) 434-0507,
1-800-637-5545
Magnetics Division of Sprang and Company
900 East Butler
PO Box 391
Butler, PA 16003
D12) 282-8282
Maxim Integrated Products
120 San Gabriel Drive
Sunnyvale, CA 94086
D08) 737-7600
Fax D08) 737-7194,
1-800-998-8800
Motorola, Inc.
Semiconductor Products Sector
Public Relations Department
5102 N. 56th Street
Phoenix, AZ 85018
F02) 952-3000
National Semiconductor Corporation
2900 Semiconductor Drive
PO Box 58090
Santa Clara, CA 95052-8090
D08) 721-5000,
1-800-272-9959
Optical Electronics, Inc.
PO Box 11140
Tucson, AZ 85734
F02)889-8811
Philips Semiconductors
811 E. Arques Avenue
PO Box 3409
Sunnyvale, CA 94088-3409
D08) 991-2000
Raytheon Company Semiconductor Division
350 Ellis Street
PO Box 7106
Mountain View, С А 94039-7016
D15) 968-9211
Fax D15) 966-7742,
1-800-722-7074
Semtech Corporation
652 Mitchell Road
Newbury Park, С А 91320
(805L98-2111
Siliconix Incorporated
2201 Laurelwood Road
Santa Clara, CA 95054
D08) 988-8000
Unitrode Corporation
8 Suburban Park Drive
Billerica, MA 01821
E08) 670-9086
ТАБЛИЦЫ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ ИС
Таблицы взаимозаменяемости ИС
Многие полупроводниковые устройства и микросхемы, выпускаемые различны-
ми производителями, имеют аналогичные характеристики и поэтому взаимозаме-
няемы. Следует иметь в виду, что новые компоненты, появившиеся после пуб-
ликации схемы, могут значительно улучшить ее свойства. При выборе замены
необходимо учитывать электрические и конструктивные характеристики микро-
схем, особенно такие критически важные параметры, как напряжение, ток, рабо-
чая частота и др. Лучше всего для этой цели использовать специальные руко-
водства и справочники, которые можно приобрести в магазинах электронных
компонентов и комплектующих изделий. При отсутствии такой литературы мож-
но воспользоваться помещенными в этом разделе перекрестными таблицами вза-
имозаменяемости, в которых микросхемы сгруппированы по функциональному
назначению и типам.
Таблица 1. Варианты взаимозаменяемости микросхем компании Raytheon и микросхем других
производителей
Тип
микросхемы
ADVFC32
ADOP07
ADOP27
ADOP37
ADREF01
ADREF02
AD101
AD558
AD565
AD581
AD586
AD647
AD654
AD707
AD708
AD741
AD767
АМ686
АМ6012
СА124
СА324
СА139
СА339
СА741
CS3842
RAYTHEON
прямая
замена
ОР-07
ОР-27
ОР-37
REF-O1
REF-02
LM101
DAC-8565
RC741
DAC-6012
LM124
LM324
LM139
LM339
RC741
RAYTHEON
функцио-
нальная
замена
RC4153
DAC-4888
REF-O1
REF-02
RC4207
RC4152
RC4077
RC4277
DAC-4881
RC4805
RC4190
Тип
микросхемы
1CL7660
1CL7680
ICL8013
LF155
LF156
LF157
LH2101
LH2108
LH2111
LM101
LM111
LM108
LM124
LM148
LM324
LM331
LM348
LM368-5.0
LM368-10
LM369
LM607
LM741
LM833
LM1458
LM1851
RAYTHEON
прямая
замена
LF155
LF156
LF157
LH2101
LH2108
LH2111
LM101
LM111
LM108
LM124
LM148
LM324
LM348
RC741
RC5532 '
LM1851
RAYTHEON
функцио-
нальная
замена
RC4391
RC4190
RC4200
RC4152
REF-02
REF-O1
REF-O1
RC4077
RC4558
01 ВВЕДЕНИЕ
Таблица 1. Варианты взаимозаменяемости микросхем компании Raytheon и микросхем других
производителей (продолжение)
Тип
микросхемы
СМР-04
СМР-05
DAC-08
DAC-10
DAC-80
DAC-100
DAC-312
DAC0800
DAC0801
DAC0830
DAC-888
DAC1208
DAC1218
DAC1219
DAC1230
DAC8222
НА-ОР27
НА-ОР27
НА-ОР37
НА-3182
НА-4741
НА-5147
HSOP07
HSOP27
HSOP37
МС4741
MPREF01
MPREF02
МРОР07
МР0Р27
МРОР37
МР108
МР155
МР156
МР157
NE5532
NE5534
ОРА156
ОРА27
ОРА37
ОР-02
RAYTHEON
прямая
замена
DAC-08
DAC-10
DAC-6012
DAC-08
DAC-08
ОР-07
ОР-27
ОР-37
RC3182
RC4741
ОР-07
ОР-27
ОР-37
RC4741
REF-01
REF-02
ОР-07
ОР-27
ОР-37
LM108
LM155
LM156
LM157
RC5532
RC5534
RAYTHEON
функцио-
нальная
замена
LM139
RC4805
DAC-4881
DAC-10
DAC-4888
DAC-4888
DAC-4881
DAC-6012
DAC-6012
DAC-4881
DAC-4881
ОР-47
LM156
ОР-27
ОР-37
RC741
Тип
микросхемы
LM1851
LM2900
LM2901
LM2902
LM3900
LP165
LP365
LT-1001
LT-1012
LT-1012
LT-1019
LT-1019
LT-1024
LT-1028
LT-1054
LT-1070
LT-1084
МАХ400
МАХ630
МАХ630
МАХ634
МС1741
МС1747
МС3403
МС4558
SG741
SI-9100
SSM-2134
ТА7504
ТА75339
TL494
TL496
TL497
TL510
TSC9400
TSC9401
TSC9402
UC1842
VFC-32
XR-2207
XR-2208
RAYTHEON
прямая
замена
LM2900
LM3900
LP165
LP365
LT-1001
LT-1012
RC4193
RC4391
RC741
RC747
RC3403
RC4558
RC741
RC741
LM339
XR-2207
RAYTHEON
функцио-
нальная
замена
RC4145
LM339
LM324
RC4097
REF-01
REF-02
RC4207
ОР-37
RC4391
RC4190
RC4292
RC4077
RC4190
RC4292
RC5534
RC4190
RC4190
RC4190
RC4805
RC4151
RC4151
RC4151
RC4292
RC4153
RC4200
ТАБЛИЦЫ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ ИС
Таблица 1. Варианты взаимозаменяемости микросхем кампании Raytheon и микросхем других
производителей (окончание)
Тип
микросхемы
ОР-04
ОР-07
ОР-14
ОР-16
ОР-27
ОР-37
ОР-77
ОР-97
ОР-200
ОР-207
ОР-227
ОР-270
РМ-108
РМ-139
РМ-148
РМ-155
РМ-156
РМ-157
РМ-339
РМ-348
РМ-741
РМ-747
RC4136
RC4151
RC4152
RC4558
RC4559
REF-01
REF-02
REF-05
REF-10
SE5534
SG101
SG124
RAYTHEON
прямая
замена
ОР-07
ОР-27
ОР-37
ОР-77
LM108
LM139
LM148
LM155
LM156
LM157
LM339
LM348
RC741
RC747
RC4136
RC4151
RC4152
RC4558
RC4559
REF-01
REF-02
LM101
LM124
RAYTHEON
функцио-
нальная
замена
RC747
RC4558
LF156
RC4097
RC4207
RC4277
RC4207
RC4227
RC4227
REF-02
REF-01
RC5534
Тип
микросхемы
XR-2211
XR-3403
XR-4136
XR-4194
XR-4195
XR-5532
XR-5534
цА101
ЦА108
цА111
цА124
цА139
цА148
цА324
цАЗЗЭ
цА348
цА741
цА747
RAYTHEON
прямая
замена
XR-2211
RC3403
RC4136
RC4194
RC4195
RC5532
RC5534
LM101
LM108
LM111
LM124
LM139
LM148
LM324
LM339
LM348
RC741
RC747
RAYTHEON
функцио-
нальная
замена
[22] ВВЕДЕНИЕ
Таблица 2. Варианты взаимозаменяемости прецизионных операционных усилителей компаний
Analog Devices, Burr Brown и Raytheon
Analog Dev.
AD OP-07AH
AD OP-07AH/883
AD OP-07CN
AD OP-07CR
AD OP-07Q/883
AD OP-07DN
ADOP-07EN
AD OP-07H
AD OP-07H/883
AD OP-07Q
AD OP-07AQ
AD OP-07AQ/883B
AD OP-27AH
AD OP-27AH/883
AD OP-27AQ
AD OP-27AQ/883
AD OP-27BH
AD OP-27BH/883
AD OP-27BQ
AD OP-27BQ/883
AD OP-27CH
ADOP-27CH/883
AD OP-27CQ
AD OP-27CQ/883
AD OP-27EN
AD OP-27FN
AD OP-27GN
AD OP-37AE
AD OP-37AE/883
AD OP-37AH
Burr Brown
OPA27AJ/883
OPA27BJ/883
OPA27CJ
OPA27AJ
OPA27AZ
OPA27BJ
OPA27BZ
OPA27CJ
OPA27CZ
OPA27EP
OPA27FP
OPA27GP
OPA27GU
OPA27GZ
OPA27AZ/883
OPA27BZ/883
OPA27CZ/883
RAYTHEON
OP-07AT*
OP-07AT/883B*
OP-07CN*
OP-07CM*
OP-07D/883B*
OP-07DN*
OP-07EN*
OP-07T*
OP-07T/883B*
OP-07D*
OP-07AD*
OP-07AD/883B*
OP-27AT
OP-27AT/883B
OP-27AD
OP-27AD/883B
OP-27BT
OP-27BT/883B
OP-27BD
OP-27BD/883B
OP-27CT
OP-27CT/883B
OP-27CD
OP-27CD/883B
OP-27EN
OP-27FN
OP-27GN
OP-37AL
ОР-37АЦ/883В
OP-37AT
RAYTHEON
OP-27AT/883B*
OP-27BT/883B'
OP-27CT/883B*
OP-27AT*
OP-27AD*
ОР-27ВГ
OP-27BD*
OP-27CT*
OP-27CD*
OP-27EN*
OP-27FN*
OP-27GN*
OP-27GM*
OP-27GD*
OP-27AD/883B*
OP-27BD/883B*
OP-27CD/883B*
Корпус
TO-99
TO-99
Пластик
SO-8
Керамика
Пластик
Пластик
TO-99
TO-99
Керамика
Керамика
Керамика
TO-99
TO-99
Керамика
Керамика
TO-99
TO-99
Керамика
Керамика
TO-99
TO-99
Керамика
Керамика
Пластик
Пластик
Пластик
LCC
LCC
ТО-99
Корпус
ТО-99
ТО-99
ТО-99
ТО-99
Керамика
ТО-99
Керамика
ТО-99
Керамика
Пластик
Пластик
Пластик
SO-8
Керамика
Керамика
Керамика
Керамика
Analog Dev.
ADOP-37AH/883
ADOP-37AQ
ADOP-37AQ/883
ADOP-37BH
AD OP-37BH/883
AD OP-37BQ
AD OP-37BQ/883
ADOP-37CH
ADOP-37CH/883
AD OP-37CQ
ADOP-37CQ/883
ADOP-37EN
ADOP-37FN
AD OP-37GN
AD707AQ
AD707CH
AD707CK/883
AD707CQ
AD707CQ/883
AD707JN
AD707JR
AD707KN
AD707KR
AD707SH
AD707SH/883B
AD707SQ
AD707SQ/883
AD707TH
AD707TH/883B
AD707TQ
AD707TQ/883
Burr Brown
OPA37AJ
OPA37AJ/883
OPA37AZ
OPA37AZ/883
OPA37BJ
OPA37BJ/883
OPA37BZ
OPA37BZ/883
OPA37CJ
OPA37CJ/883
OPA37CJ/883
OPA37CZ
OPA37EP
OPA37FP
OPA37GP
OPA37GU
RAYTHEON
OP-37AT/883B
OP-37AD
OP-37AD/883B
OP-37BT
OP-37BT/883B
OP-37BD
OP-37BD/883B
OP-37CT
OP-37CT/883B
OP-37CD
OP-37CD/883B
OP-37EN
OP-37FN
OP-37GN
RC4077FD*
RM4077AT*
RM4077AT/883B*
RM4077AD*
RM4077AD/883B*
RC4077FN*
RC4077FM*
RC4077EN*
RC4077EM*
RC4077AT"
RC4077AT/883B*
RC4077AD*
RC4077AD/883B*
RC4077AT*
RC4077AT/883B*
RC4077AD*
RC4077AD/883B"
RAYTHEON
OP-37AT*
OP-37AT/883B*
OP-37AD*
OP-37AD/883B*
OP-37BT*
OP-37BT/883B*
OP-37BD*
OP-37BD/883B*
OP-37CT'
OP-37CT/883B*
OP-37CD/883B*
OP-37CD*
OP-37EN*
OP-37FN*
OP-37GN*
OP-37GM*
Корпус
TO-99
Керамика
Керамика
TO-99
TO-99
Керамика
Керамика
TO-99
TO-99
Керамика
Керамика
Пластик
Пластик
Пластик
Керамика
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
Пластик
SO-8
Пластик
SO-8
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
Корпус
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
Пластик
Пластик
Пластик
SO-8
Примечание к табл. * - функциональный аналог.
ТАБЛИЦЫ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ ИС
Таблица 3. Варианты взаимозаменяемости прецизионных операционных усилителей компоний LTC
и Raytheon
LTC
ОР-07АН
ОР-07АН/883В
OP-07AJ8
OP-07AJ8/883B
OP-07CN8
OP-07CS8
OP-07EN8
ОР-07Н
ОР-07Н/883В
OP-07J8
OP-07J8/883B
ОР-27АН
ОР-27АН/883В
OP-27AJ8
OP-27AJ8/883B
ОР-27СН
ОР-27СН/883В
OP-27CJ8
OP-27CJ8/883B
OP-27EN8
OP-27GN8
ОР-37АН
ОР-37АН/883В
OP-37AJ8
OP-37AJ8/883B
ОР-37СН
ОР-37СН/883В
OP-37CJ8
OP-37CJ8/883B
OP-37EN8
OP-37GN8
RAYTHEON
ОР-07АТ
ОР-07АТ/883В
OP-07AD
OP-07AD/8838
OP-07CN
ОР-07СМ
OP-07EN
ОР-07Т
ОР-07Т/883В
OP-07D
OP-07D/883B
ОР-27АТ
ОР-27АТ/883В
OP-27AD
OP-27AD/883B
ОР-27СТ
ОР-27СТ/883В
OP-27CD
OP-27CD/883B
OP-27EN
OP-27GN
ОР-37АТ
ОР-37АТ/883В
OP-37AD
OP-37AD/883B
ОР-37СТ
ОР-37СТ/883В
OP-37CD
OP-37CD/883B
OP-37EN
OP-37GN
Корпус
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
Пластик
S0-8
Пластик
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
Пластик
Пластик
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
Пластик
Пластик
LTC
LM108AH
LM108AH/883B
LM108AJ8/883B
LM108H
LM108H/883B
LM108J8/883B
LT1001ACH
LT1001ACN8
LT1001AMH/883B
LT1001AMJ8
LTi001AMJe/883
LT1001CH
LT1001CN8
LT1001CS8
LT1001MH
LT1001MH/883B
LT1001MJ8
LT1001MJ8/883B
OP-227EN
OP-227GN
OP-227AJ
OP-227AJ/883B
RAYTHEON
LM108AT
LM108AT/883B
LM108AD/883B
LM108T
LM108T/883B
LM108D/883B
LT-1001ACT
LT-1001ACN
LT-1001AMT/883B
LT-1001AMD
LT-1001AMD/883B
LT-1001CT
LT-1001CN
LT-1001 CM
LT-ЮОШТ
LT-1001MT/883B
LT-1001MD
LT-1001MD/883B
RC4227FN*
RC4227GN*
RM4227BD*
RM4227BD/883B*
Корпус
ТО-99
ТО-99
Керамика
ТО-99
ТО-99
Керамика
ТО-99
Пластик
ТО-99
Керамика
Керамика
ТО-99
Пластик
SO-8
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
Пластик
Пластик
Керамика
Керамика
Примечание к табл. * - функциональный аналог. ОР-227 содержит два усилителя в 14-выеодном корпусе.
RC(RML227 - монолитные ИС в 8-выводном корпусе.
Таблица 4. Варианты взаимозаменяемости прецизионных операционных усилителей компаний PMI
и Raytheon
PMI
OP07AJ
OP07AJ/883
OP07AZ
ОР07А27883
ОР07СР
OP07CS
RAYTHEON
ОР-07АТ .
ОР-07АТ/883В
OP-07AD
OP-07AD/883B
OP-07CN
ОР-07СМ
Корпус
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
Пластик
SO-8
PMI
OP77AJ
OP77AJ/883
ОР77А2
OP77AZ/883
OP77BJ
OP77BJ/883
RAYTHEON
ОР-77АТ
ОР-77АТ/883В
OP-77AD
OP-77AD/883B
ОР-77ВТ
ОР-77ВТ/883В
Корпус
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
~24~| ВВЕДЕНИЕ
Таблица 4. Варианты взаимозаменяемости прецизионных операционных усилителей компаний PMI
и Raytheon (окончание)
PMI
OP07DP
OP07DS
ОР07ЕР
OP07J
OP07J/883
OP07RC/883
OP07Z
OP07Z/883
OP27AJ
OP27AJ/883
OP27AZ
OP27AZ/883
OP27BJ
OP27BJ/883
OP27BRC/883
OP27BZ
OP27BZ/883
OP27CJ
OP27CJ/883
OP27CZ
OP27CZ/883
ОР27ЕР
OP27FP
OP27FS
OP27GS
OP27GP
OP37AJ
OP37AJ/883
OP37AZ
OP37AZ/883
OP37BJ
OP37BJ/883
OP37BRC/883
OP37BZ
OP37BZ/883
OP37CJ
OP37CJ/883
OP37CZ
OP37CZ/883
ОР37ЕР
OP37FP
RAYTHEON
OP-07DN
OP-07DM
OP-07EN
ОР-07Т
ОР-07Т/883В
OP-07L/883B
OP-07D
OP-07D/883B
ОР-27АТ
ОР-27АТ/883В
OP-27AD
OP-27AD/883B
ОР-27ВТ
ОР-27ВТ/883В
OP-27BL883B
OP-27BD
OP-27BD/883B
ОР-27СТ
ОР-27СТ/883В
OP-27CD
OP-27CD/883B
OP-27EN
OP-27FN
OP-27FM
OP-27GM
OP-27GN
ОР-37АТ
ОР-37АТ/883В
OP-37AD
OP-37AD/883B
ОР-37ВТ
ОР-37ВТ/883В
ОР-37В1У883В
OP-37BD
OP-37BD/883B
ОР-37СТ
ОР-37СТ/883В
OP-37CD
OP-37CD/883B
OP-37EN
OP-37FN
Корпус
Пластик
SO-8
Пластик
ТО-99
ТО-99
LCC
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
LCC
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
Пластик
Пластик
SO-8
SO-8
Пластик
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
LCC
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
Пластик
Пластик
PMI
OP77BRC/883
OP77BZ
OP77BZ/883
ОР77ЕР
OP77FP
OP77FS
OP77GP
OP77GS
PM108AZ
PM1OBAZ/883
PM108AJ
PM108AJ/883
PM108ARC
PM108ARC/883
PM108DZ
PM108DZ/B83
PM108J
PM1O8J/883
PM2108AQ
PM2108AQ/883
PM2108Q
PM21O8Q/883
OP207AY/883
OP207AY
OP227AY
OP227AY/883
OP227BY/883
OP227GY
RAYTHEON
ОР-77ВЦ/883В
OP-77BD
OP-77BD/883B
OP-77EN
OP-77FN
OP-77FM
OP-77GN
OP-77GM
LM108AD
LM108AD/883B
LM108AT
LM108AT/883B
LM108AL
LM1O8AL/883B
LM108D
LM108D/883B
LM108T
LM108T/883B
LH2108AD
LH2108AD/883B
LH21O8D
LH21O8D/883B
RM4207BD/883B'
RM4207BD"
RM4227BD'
RM4227BD/883B'
RM4227BD/883B"
RC4227GN"
Корпус
LCC
Керамика
Керамика
Пластик
Пластик
SO-8
Пластик
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
LCC
LCC
Керамика
Керамика
ТО-99
ТО-99
Керамика
Керамика
Керамика
Керамика
Керамика
Керамика
Керамика
Керамика
Керамика
Пластик
Примечание к табл. * - функциональный аналог.
ОР207/227 компании PMI содержат два усилителя в 14-выводном корпусе.
RM4207/4227 компании Raytheon - монолитные НС в 8-выводном корпусе.
ТАБЛИЦЫ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ ИС
Таблице 5.
Raytheon
LH2101A
LH2111
LM101A
LM111
LM124
LM139
LM148
LM301A
LM324
LM339
LM348
LM2900
LM3900
RC3403A
RC4136
RC4156
RC4157
RC4558
RC4559
RC4741N
RM4741D
RC5532
RC5532A
RC5534
RC5534A
RC741
RC747
RC747S
Варианты
PMI
РМ139
РМ148
РМ339
ОР-09
ОР-02
ОР-04
ОР-04
взаимозаменяемости операционных усилителей общего назначения
FSC
*iA101A
*iA111
МА124
цА139
цА148
цА301А
цА324
МА339
цА348
цА2900
цАЗЭОО
рА3403
цА4136
цА148"
ЦА148/348-
ИА4558
МА4558"
цА741
цА747
цА747
AMD
LH2101A
LH2111
LM101A
LM111
LM124
LM139
LM148
LM301A
LM324
LM339
LM348
Motorola
LM101A
LM111
LM124
LM139
LM301A
LM324
LM339
МС3403
МС4741
МС474Г
МС4558
МС4558*
МСЗ-4741-5
МС1-4741 -2
МС1741
МС1747
National
LH2101A
LH2111
LM101A
LM111
LM124
LM139
LM148
LM301A
LM324
LM339
LM348
LM2900
LM3900
LM348'
LM348'
LM741
LM747
LM747
RCA
СА101А
СА111
СА124
СА139
СА301А
СА324
СА339
СА741
СА747
Signetics
LH2101A
LM101A
LM111
LM124
LM139
LM148
LM301A
LM324
LM339
LM348
NE5532
NE5532A
NE5534
NE5534A
СА741
СА747
i T.I.
LM124
LM139
LM301A
LM324
LM339
LM348
LM3900
MC3403
RC4136
LM348"
LM348'
RC4558
RC4559
NE5532
NE5532A
NE5534
NE5534A
Примечание к табл. * - функциональный аналог.
Таблица 6. Варианты взаимозаменяемости микросхем специального назначения
Raytheon Teledyne ?е*|°|!3 EXAR
Motorola
Datel
Burr Brown
RC4151
RC4152
RC4153
RC4200/A
XR2207
XR2211
RC4444
4780-
478 Г
4782"
AD451'
AD452'
AD53T
AD539'
XR4151
XR4151"
XR2207
XR2211
MC1494
MC3416
VFQ-1C
VFQ-2C*
VFQ-3C
VFC-32KF
VFC-42BF
VFC-52BP'
4202K74205K
Примечание к табл.' - функциональный аналог.
[6~| ВВЕДЕНИЕ
Таблица 7. Варианты взаимозаменяемости цифро-аналоговых преобразователей
Raytheon PMI AMD Motorola
DAC-08AD
DAC-08D
DAC-08ED
DAC-OBEN
DAC-08CN
DAC-10BD
DAC-10CD
DAC-10FD
DAC-10GD
DAC-6012AMD
DAC-6012MD
DAC-6012ACN
DAC-6012CN
DAC-8565DS"
DAC-8565JS*
DAC-8565SS'
DAC-08AO
DAC-08Q
DAC-OBEQ
DAC-08EP
DAC-08CP
DAC-10BX
DAC-10CX
DAC-10FX
DAC-10GX
DAC-312BR'
DAC-312FR-
AMDAC-08AQ
AMDAC-080
AMDAC-08EQ
AMDAC-08EN
AMDAC-08CN
AM6012ADM
AM6012DM
AM6012ADC
AM6012DC
MC1408L8
MC1408P6
Применение к табл. * - функциональный аналог.
Таблица 8. Варианты взаимозаменяемости стабилизаторов напряжения и источников опорного
напряжения
Raytheon EXAR
Maxim
T.I.
Analog
Devices
Motorola
NSC
REF-01
REF-01A
REF-01 С
REF-01 D
REF-01 E
REF-01 H
REF-02
REF-02A
REF-02C
REF-02D
REF-02E
REF-02H
RC4190
RC4193
RC4391
RC4194
RC4195
REF-01
REF-01A
REF-01C
REF-01D
REF-01 E
REF-01 H
REF-02
REF-02A
REF-02C
REF-02D
REF-02E
REF-02H
MAX630*
MAX630*
MAX634"
XR4194CN
XR4195CP
MP-5501
MP-5501A
MP-5501C
MP-5501 D
MP-5501 E
MP-5501 H
MP-5502
MP-5502A
MP-5502C
MP-5502D
MP-5502E
MP-5502H
AD581'
AD58V
AD581"
AD58V
AD581'
AD58V
MC1504AU10"
MC1404U10*
MC1404U10'
MC1404AU10'
MC1504AU5'
MC1404U5*
MC1404U5*
MC1404AU5-
MC1468/MC1568'
LH0070-0"
LH0070-1"
LH0070-2'
LM 136-5.0'
LM136A-5.0'
LM336-5.0"
LM336-5.0'
LM336A-5.0*
LM325/326-
Примечание к табл.' - функциональный аналог.
СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ |~27~
NSC
DAC-08AQ
DAC-08Q
DAC-08EQ
DAC-08EP
DAC-08CP
DAC-1020LD-
DAC-1021/22LD8'
DAC-1020LCN'
DAC-1021/22LCN*
DAC-1220LD*
DAC-1221/22LD*
DAC-1220LCN1
DAC-1221/22LCN"
MC3412L
MC3412L
Analog Devices
AD-1508-9D
AD-1508-9D
AD-1408-8D
AD7520/30/33"
AD7520/30/33-
AD7520/30/33'
AD7520/30/33'
AD6012ADM
AD6012DM
AD6012ADC
AD6012DC
DAC-1208AD-I'
DAC-1280HCD-I'
DAC-1280HCD-I*
Analog Power
MP-7523*
MP-7523'
MP-7523'
МР-7520/30/33"
МР-7520/30/33'
МР-7520 30/33'
МР-7520/30/33'
МР-7531/4Г
МР-7531/4Г
МР-7531/4Г
МР-7531/4Г
AD565JD/BIN
AD565JD/BIN
AD5665SD/BIN
Micro-Datel
DAC-IC8BC
DAC-IC8BC
DAC-IC8UP'
DAC-IC8UP*
DAC-IC8UP'
DAC-HF10BMM'
DAC-HF10BMM'
DAC-HF10BMC"
DAC-HF10BMC
DAC-HF12BMM*
DAC-HF12BMM*
DAC-HF12BMC*
DAC-HF12BMC1
Типовые корпуса и расположение выводов ИС
Часто на принципиальных схемах не указываются расположение и нумерация
выводов ИС (особенно выводов питания). Эти данные можно найти в документа-
ции производителей или на других схемах, где используется та же ИС.
На рис. 1-3 показаны примеры типовых вариантов расположения выводов на
корпусе микросхемы. При этом необходимо иметь в виду, что они соответствуют
только указанным типам микросхем.
На рисунках изображена общепринятая последовательность нумерации контакт-
ных выводов. Обычно она идет против часовой стрелки (вид сверху). При этом
первый вывод расположен возле «ключа» (отметки или выемки на корпусе мик-
росхемы) в направлении против часовой стрелки. В приведенных примерах
представлены наиболее распространенные корпуса ИС: круглый металлический,
с двухрядным расположением выводов (DIP), малогабаритный DIP (SO DIP),
безвыводной (LCC), многовыводной DIP и корпус с планарными выводами, пред-
назначенный для поверхностного монтажа.
Сокращения и обозначения
Для электронных элементов используется определенная система условных обо-
значений, а также сокращений для наименований единиц измерения.
Обратите внимание, например, на условные обозначения резисторов и конден-
саторов, подключенных к выводу 2 микросхемы SL6442 (рис. 4). Для резистора -
это прямоугольник, а для конденсатора - две полоски, причем одна из них зату-
шевана. Такое обозначение используется, если важно соблюдение полярности под-
ключения элемента к цепи. Если это не имеет значения, то затушеваны обе полоски
500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
Рис. 1. Расположение выводов микросхем
с различными корпусами
Рис. 2. Расположение выводов
микросхемы в многовыводном
корпусе DIP
символа (как, например, у емкости, подключенной к выводу 5 микросхемы SL6442,
на рис. А).
Иногда упрощаются сокращения, принятые для единиц измерения. Так, гречес-
кая буква «ц» при обозначении емкости конденсатора соответствует микрофара-
дам, «п» - нанофарадам, а «р» - пикофарадам. А в Японии и некоторых других
странах часто используют символ «и» для обозначения приставки «и» (микро).
ПОИСК ИНФОРМАЦИИ О МИКРОСХЕМАХ
Рис.3
Расположение выводов микросхемы
в корпусе для поверхностного монтажа
При обозначении номинала резистора приставка «к» (кило) соответствует ты-
сячам ом (обозначается Q — греческая буква «омега»), «М» (мега) - миллионам.
Отсутствие обозначения единицы измерения показывает, что величина резистора
приведена в омах. Если приставки «ц», «п», «р» используются при указании но-
миналов индуктивностей, то это обозначает соответственно цН (микрогенри, мкГн),
пН (наногенри, нГн), рН (пикогенри, пГн). Например, на рис. 4 так обозначены ин-
дуктивности 18 и 82 нГн, подключенные к выводу 6 микросхемы SL6442.
При обозначении десятичных значений номиналов схемных элементов иногда
используется следующий прием: буква помещается между цифрами, заменяя собой
запятую, отделяющую целую часть числа. Так, ЗкЗ означает 3,3 кОм (килоома) или
3300 Ом, 2М2 - 2,2 МОм (мегаома), 7ц7 - 7,7 мкФ, 0ц1 - 0,1 мкФ, Зп7 - 3,7 нФ.
Поиск информации о микросхемах
Микросхемы, представленные в книге, сгруппированы по функциональному на-
значению, и каждая группа рассматривается в отдельной главе. Так, в главе 1
содержится информация о схемах контроля микропроцессоров (супервизорах),
в главе 2 - о мультиплексорах и коммутаторах и т.д.
Чтобы найти интересующее устройство, обратитесь сначала к главе, описываю-
щей группу схем с соответствующим функциональным назначением, а затем выбе-
рите наиболее подходящую по названию. Например, если вам потребовался усили-
тель, обратитесь к главе 6. Понадобились данные об источниках питания - откройте
главу 7; нужны сведения об источниках питания, разработанных специально для мик-
ромощных устройств или устройств с батарейным питанием, - просмотрите главу 8.
Если вам необходимо осуществить проверку или устранить неисправность схе-
мы, найдите главу, где описывается соответствующая функциональная группа На-
пример, методы тестирования операционных усилителей или компараторов (вклю-
чая информацию о тестирующем оборудовании) рассмотрены в первом разделе
0~| 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
Рис. 4. Примеры обозначений схемных элементов
главы 6. Если микросхема не функционирует надлежащим образом (не прошла те-
стирование), обратитесь ко второму разделу главы 6, где излагается порядок по-
иска и устранения возможных неисправностей.
Отметим, что информация о многих типах схем может встречаться в разных гла-
вах. Например, в главе 2 содержатся сведения о мультиплексорах, а в главе 9 - об
аналогово-цифровых преобразователях, одновременно выполняющих функции
мультиплексирования. Поэтому, если вы не смогли найти информацию об интере-
сующем вас устройстве после тщательного изучения содержания и перечня рисун-
ков, обратитесь к указателю, помещенному в конце книги. Здесь схемы перечисле-
ны под различными названиями, с которыми они встречаются в книге.
1. СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Предполагается, что вы уже знакомы с основными понятиями цифровой техники
(системы исчисления, логические схемы, микропроцессоры, цифровое измери-
тельное оборудование и т.п.). Если это не так, прочтите сначала книгу John D.
Lenk, «Digital Handbook», McGraw-Hill, 1992. В начале главы кратко рассмотре-
ны способы тестирования и выявления неисправностей цифровых интегральных
схем. Материал расположен так, что читатель, не знакомый с процедурами элект-
ронных измерений и методами выявления неисправностей, сможет выполнить
тестирование схем, приведенных в этой главе, и локализовать неисправность
в случае, если исследуемое устройство не пройдет проверки. Прежде чем углу-
биться в детали, начнем с краткого обзора схем контроля микропроцессоров.
1.1. ИС контроля микропроцессоров
ИС контроля микропроцессоров (супервизоры) выполняют как аналоговые, так
и цифровые операции, что позволяет упростить и ускорить весь процесс разработ-
ки электронной аппаратуры. Основное назначение этих микросхем - жизненно
важное для микропроцессорных систем обеспечение безопасности и функциони-
рования при различных нарушениях работы и электрических сбоях. Некоторые
микропроцессоры выполняют функции контроля, но они, как правило, не могут
выявить свои собственные неисправности. Для повышения эффективности и на-
дежности работы контроль должен выполняться внешними ИС.
Обычно ИС контроля выполняют следующие задачи: системный сброс при вклю-
чении питания, сброс при внезапном понижении питающего напряжения, запрет
записи в память при пониженном напряжении питания, предупреждение о воз-
можном отключении питания, переключение на резервную батарею и контроль
с помощью сторожевого таймера Все это можно легко реализовать по отдельности.
Но если необходимо совместное выполнение перечисленных действий, особенно
при недостатке свободного места на плате, могут возникнуть проблемы. Рассмот-
рим кратко эти функции и их роль в работе микропроцессорной системы в целом.
~32i СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
1.2. Сброс при включении питания
При подаче питания на микропроцессор его внутренние регистры устанавливают-
ся в произвольные состояния и содержат, таким образом, случайные данные. При-
менение команды RESET (сброс) позволяет решить эту проблему за счет установ-
ки всех регистров в заранее определенное начальное состояние. Для обеспечения
правильного начала работы на вход RESET микропроцессора должен поступать
сигнал низкого логического уровня в течение 20-120 мс после включения пита-
ния. Точнее, внешняя схема сброса должна удерживать на входе RESET этот ло-
гический уровень, пока напряжение питания не достигнет минимального значе-
ния, необходимого для нормального функционирования микропроцессора. Только
после этого сигнал сброса должен быть снят. Если отсчет начнется слишком рано
или закончится слишком быстро, внутренние регистры микропроцессора останут-
ся в хаотическом начальном состоянии. Следовательно, схема сброса при включе-
нии питания должна содержать таймер, компаратор и источник опорного напря-
жения, а также цепи, обеспечивающие электрическое сопряжение с входом RESET
микропроцессора.
1.3. Сброс при понижении напряжения питания
После включения микропроцессор сохраняет работоспособность, пока напряже-
ние питания остается номинальным. Чтобы обеспечить надежность работы, схема
контроля должна фиксировать как кратковременные колебания, так и длительные
спады напряжения питания. Пониженное напряжение редко бывает непосред-
ственной причиной поломок аппаратуры, но способно вызвать не предусмотрен-
ные программой действия, что, в свою очередь, может вывести из строя всю систе-
му. Так как микропроцессор не способен управлять собственным сбросом, то этот
сигнал должен автоматически вырабатываться внешним устройством.
В большинстве ИС контроля (например, компании Maxim) цепи, формирую-
щие сброс при понижении напряжения питания, используют те же прецизионные
схемы контроля напряжения, что и цепи, работающие при включении питания.
Поэтому при возвращении значения питающего напряжения к минимально допу-
стимому выход RESET ИС контроля, подключенный к соответствующему входу
микропроцессора, остается в состоянии низкого логического уровня на время за-
держки включения, как и при обычном первоначальном включении питания.
1.4. Запрет записи в память при пониженном напряжении питания
Обычные системные сбои иногда становятся причиной серьезной проблемы.
В момент сбоя микропроцессор может ошибочно записать в энергонезависимое
ЗУ случайные данные, что приведет к потере информации и нарушениям програм-
мы, которые нельзя восстановить при простом сбросе. Для предотвращения подоб-
ных ситуаций система должна блокировать сигнал, разрешающий запись в память
(СЕ), при кратковременном или продолжительном снижении напряжения пита-
ния. С этой целью выходной сигнал компаратора, следящего за напряжением пи-
тания, и команда СЕ подаются на логический элемент, сигнал с выхода которого
ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ НА РЕЗЕРВНУЮ БАТАРЕЮ
используется для управления входом СЕ энергонезависимого ЗУ. Но такой логи-
ческий элемент должен надежно функционировать даже при снижении напряже-
ния питания до 2 В (учитывая, что обычно напряжение питания цифровых уст-
ройств равно 5 В).
1.5. Предупреждение об отключении питания
Полная защита цифровых систем требует не только обнаружения падения питаю-
щего напряжения и последующего сброса. До сброса могут быть необходимы
и другие действия. Например, запись микропроцессором содержимого регистров
в энергонезависимую память (такую, как КМОП ОЗУ с батарейным питанием).
При построении схем предупреждения об отключении питания учитывается то,
что у большинства стабилизаторов напряжения во входном фильтре стоят конден-
саторы большой емкости. В типичном пятивольтовом источнике питания они за-
ряжаются до 8-10 В. Такой заряд позволяет стабилизатору поддерживать выход-
ное напряжение на уровне номинального в течение 50-100 мс после отключения
первичного питания, пока конденсатор не разрядится до напряжения примерно 6,5 В
(или менее, при использовании стабилизатора с малым падением напряжения).
Поэтому схема контроля может следить за напряжением на конденсаторе входно-
го фильтра. В ИС компании Maxim это осуществляется с помощью входа контро-
ля отключения питания (PFI). Когда входное нестабилизированное напряжение на
конденсаторе фильтра снижается до заданного значения (как правило, около 7,5 В),
внутренний компаратор выдает сигнал о предстоящем отключении питания
(PFO). Это предоставляет микропроцессору достаточное время для процедур,
которые необходимо выполнить перед выключением системы. Сигнал PFO обыч-
но подается на вход немаскируемого прерывания (MNI) микропроцессора, что
обеспечивает высший приоритет исполнения.
В ИС контроля сигнал PFI, формируемый из напряжения на конденсаторе филь-
тра с помощью внешнего делителя на двух резисторах, поступает на один из вхо-
дов внутреннего КМОП компаратора; на другой его вход подается опорное напря-
жение (обычно 1,3 В). Это позволяет выбрать требуемый порог срабатывания ИС
при снижении напряжения на конденсаторе.
1.6. Переключение на резервную батарею
КМОП ОЗУ обычно питается от того же источника напряжения 5 В, что и микро-
процессор. При переключении на батарею с напряжением 3 В в режиме резерви-
рования ОЗУ сохраняет ранее записанную информацию при потреблении очень
малой мощности (ток питания снижается от нескольких миллиампер в номиналь-
ном режиме до нескольких микроампер в режиме резервирования). Поэтому ре-
зервная батарея может быть небольшой емкости.
Схема, которая переводит питание ОЗУ с основного на резервное, должна оста-
ваться в активном состоянии, чтобы произвести обратное переключение при вос-
становлении основного питания. Она также получает энергию от батареи, следо-
вательно, ее ток потребления должен составлять несколько микроампер. Кроме
2 Зак. 733
Гз51 схемы контроля микропроцессоров
небольшого энергопотребления необходима также надежная работа схемы пере-
ключения при снижении напряжения питания в случае постепенного разряда ре-
зервной батареи. Те же требования относятся к схемам сброса и защиты ОЗУ от
случайной записи, которые также остаются в активном состоянии в режиме резер-
вирования.
1.7. Сторожевой таймер
Как правило, программное обеспечение состоит из взаимосвязанных последова-
тельно выполняемых модулей. Иногда из-за непредусмотренных и зачастую не-
предсказуемых обстоятельств выполнение программы останавливается на каком-
то из модулей, и происходит бесконечное выполнение одного и того же бесполезного
или даже вредного действия. Сторожевой таймер следит за выполнением програм-
мы и дает команду сброса при появлении признаков остановки.
Для использования сторожевого таймера его вход подключается к порту микропро-
цессора, программа которого составляется таким образом, чтобы предусмотреть за-
пись несколько раз в секунду каких-либо данных в порт. При отсутствии периодичес-
ких сигналов от микропроцессора в течение заранее заданного времени ожидания
таймер оценивает ситуацию как сбой программы и выдает команду системного сбро-
са. Оптимальная длительность этого интервала времени зависит как от аппаратного,
так и от программного обеспечения. Так, больший период обеспечит дополнительное
время для микропроцессора, который инициирует систему после включения до запус-
ка основного пакета программного обеспечения. В некоторых системах сторожевой
таймер активизируется только для определенных приложений.
1.8. Тестирование и устранение неисправностей цифровых
и микропроцессорных схем
Тестирование, поиск и устранение неисправностей цифровых схем можно выпол-
нить с применением обычного контрольного оборудования (различных измерите-
лей, генераторов, осциллографов и т.д.). Однако, если вам приходится регулярно
тестировать и ремонтировать цифровые устройства, логический или цифровой
пробник и цифровой импульсный генератор облегчат эту задачу. В этом разделе
кратко описаны пробник и генератор, а также рассмотрены методики тестирова-
ния и поиска неисправностей в различных цифровых устройствах.
1.8.1. Логический пробник
Логические (цифровые) пробники применяются для наблюдения за работой
цифровых логических устройств. При помощи простого светящегося индикато-
ра пробник показывает логические состояния цифровых схемных элементов
и позволяет обнаружить импульсные сигналы (даже очень короткие, которые
можно пропустить, используя осциллограф). Логические пробники выявляют
и показывают высокие и низкие (лог. 1 или лог. 0), а также промежуточные
(в случае обрыва цепи) логические уровни на выводах логического элемента
ТЕСТИРОВАНИЕ И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ
(например, на входах и выходах логической схемы, цифро-аналогового преобра-
зователя или микропроцессора).
Не все пробники обладают одинаковыми характеристиками. Например, многие
усовершенствованные модели обеспечивают индикацию четырех состояний: ин-
дикатор не светится, светится тускло (вполнакала), светится ярко (в полный на-
кал) или мигает.
После включения индикатор светится вполнакала и может перейти в одно из
трех состояний в зависимости от уровня напряжения на щупе пробника. Яркое
свечение означает логическую 1, а его отсутствие - логический 0. Свечение впол-
накала указывает, что величина напряжения находится между уровнями логичес-
ких 0 и 1 или цепь разомкнута. Мигание индикатора с частотой около 10 Гц свиде-
тельствует о наличии в цепи сигнала импульсного характера (частота вспышек не
связана с параметрами этого сигнала). Особенно эффективно использование проб-
ника вместе с импульсным генератором.
1.8.2. Логический импульсный генератор
Переносной логический импульсный генератор (внешне похожий на логический
пробник) - это прибор, который может подключаться к тестируемому элементу
схемы и автоматически подавать на его вход импульсы требуемого логического
уровня, амплитуды и длительности. Обычно импульсный генератор имеет несколь-
ко режимов формирования импульсных последовательностей.
Логические генераторы совместимы с большинством цифровых устройств. Ампли-
туда импульсов определяется напряжением источника питания тестируемого обо-
рудования, который используется и для питания генератора Величина импульсов
тока и их длительность зависят от тестируемой нагрузки, а частота и количество им-
пульсов, генерируемых прибором, определяются положением переключателя. Ми-
гающий светодиодный индикатор на щупе генератора указывает рабочий режим.
Прибор может быть запрограммирован на выдачу как одиночных импульсов,
так и их непрерывной или ограниченной последовательности, что позволяет сфор-
мировать управляющие импульсы или синхросигналы, необходимые для работы
исследуемой схемы. При использовании генератора вы можете наблюдать за ра-
ботой устройства с помощью логического пробника.
1.8.3. Тестирование и поиск неисправностей
с помощью пробника и генератора
Схему, представленную на рис. 1.1, можно протестировать путем контроля выхо-
да при подаче импульсных сигналов на вход. Для этого применяются логический
(или обычный) генератор импульсов на входе и пробник (или осциллограф) на
выходе схемы. Так, если импульсы ЭСЛ уровня поданы на вход логического эле-
мента ЭСЛ, то на выходе должны наблюдаться импульсы ТТЛ уровня. Если они
отсутствуют на выводе 7 компаратора 4805, проверьте наличие импульсных сиг-
налов на выводе 2 и уровня порога на выводе 3. Эти измерения позволят опреде-
лить, где возникла проблема - в компараторе или в логических элементах.
~36~1 СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис 1.1
Преобразователь сигналов
ЭСЛ уровня в сигналы ТТЛ
уровня
1.9. Общие принципы поиска неисправностей цифровых устройств на ИС
Сведения, приведенные ниже, касаются цифровых схем, главными компонентами
которых являются ИС.
1.9.1. Цепи питания и заземления
Первый шаг по поиску неисправностей цифровых схем - это проверка цепей пи-
тания и заземления всех ИС. Многие ИС имеют более одного контакта для подачи
питающих напряжений и несколько контактов заземления. Например, ИС LTC1043,
показанной на рис. 1.2, требуется подать напряжение +5 В на вывод 4 и напряже-
ние -5 В на вывод 17. А ИС LTC1090 (рис. 1.3) имеет и цифровое (DGND), и ана-
логовое (AGND) заземления. ИС DAC-8565 (рис. 1.4) также имеет аналоговое (вы-
вод 5) и цифровое (вывод 12) заземления.
1.9.2. Сигналы сброса, выбора ИС, считывания, записи и начала работы
Если выводы питания и заземления подключены правильно, проверьте входы сиг-
налов сброса, выбора ИС, начала работы и других необходимых функциональ-
ных сигналов. Например, для DAC-4881 (рис. 1.5, табл. 1.1) сигнал выбора ИС
(CS) поступает на вывод 1, а декодированные сигналы адреса (ADH и ADL) - на
выводы 2 и 28. Для АЦП ADC0808/080 (рис. 1.6) требуются сигналы начала рабо-
ты (START), разрешения считывания адреса (ALE), окончания преобразования
(ЕОС) и разрешения считывания выходных данных (ОЕ) от микропроцессора или
управляющего логического устройства. Если хотя бы один из указанных сигналов
отсутствует или не обладает требуемыми параметрами (иная амплитуда сигнала,
нарушение временных соотношений и т.д.), схема немедленно прекратит работу.
В одних случаях сигналы управления цифровой ИС поступают на схему в им-
пульсном виде, обычно в определенной временной последовательности, в других -
для управления используются постоянные сигналы логического (высокого или
низкого) уровня. Если источник питания (обычно +5 или +12 В и +3 или +3,3 В
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОИСКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ НА ИС f~37~
МС0О
Рис. 1.2.16-битовый АЦП со стабилизацией прерыванием
Рис. 1.3
ИС сбора данных
с четырехпроводным микро-
процессорным интерфейсом
~38~1 СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис. 1.5.8-битовый ЦАП с микропроцессорным интерфейсом
Рис 1.4. ЦАП с однополярным выходным напряжением от 0 до+10 В
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОИСКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ НА ИС
Таблица 1.1. Таблица преобразования 8-битового ЦАП
СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис. 1.6
Измерительный АЦП с раздельным интерфейсом:
а) схема подключения; 6) временные диаграммы;
в) структурная схема
для последних разработок) или какие-то цепи, передающие сигналы на ИС, ока-
жутся оборванными или замкнутыми на «землю», то схема работать не будет. Та-
ким образом, если вы обнаружили, что на управляющем входе ИС постоянно име-
ется сигнал высокого (низкого) уровня или этот вход явно не подключен (сигнал
«плавает» по уровню), то следует внимательно проверить дорожки печатной пла-
ты и другие проводники, соединенные с выводом.
Например, если DAC-4881 включен в схему (рис. 1.7, табл. 1.2) как 12-битовый
ЦАП прямого двоичного кода (см. главу 9), то его входы CS (вывод 1), ADH и ADL
(выводы 2, 28) замыкаются на «землю». Если он используется как 8-битовый ЦАП
ТЕСТИРОВАНИЕ ИС КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
дополнительного двоичного кода (рис. 1.5), то на вывод CS должен поступать сиг-
нал записи данных (WR), а на выводы ADH и ADL - декодированные сигналы
соответственно младшего и старшего бита адреса от микропроцессора.
1.9.3. Синхронизирующие сигналы
На многие цифровые И С необходимо подавать синхронизирующие сигналы (так-
товые импульсы). Например, в интегральных схемах SAR2504 (рис. 1.8, табл. 1.3)
и 74С905 SAR (рис. 1.9) имеются специальные входы для тактовых импульсов
(СР). На рис. 1.66 показаны тактовые импульсы для АЦП, изображенного на
рис. 1.6а. В некоторых случаях тактовые импульсы подаются от внешнего источ-
ника (см. рис. 1.6а и 1.8а), а иногда синхронизатор имеется в составе схемы.
Как правило, наличие импульсов на каком-либо выводе цифровой ИС означает,
что тактовые импульсы поступают на схему, однако не стоит всегда на это рассчи-
тывать. Проверьте непосредственно тактовые выводы (как правило, все ИС, требу-
ющие синхронизации, подключены к одному источнику тактовых импульсов). Их
наличие можно определить при помощи осциллографа или логического пробника,
однако частотомер обеспечивает большую точность измерений. Ясно, что ИС не
будет функционировать, если на нее не поступают тактовые сигналы. С другой сто-
роны, если произошло отклонение от требуемого значения тактовой частоты, нор-
мальная работа схемы будет нарушена, хотя тактовые сигналы поступают на все ИС.
Нужно отметить, что кварцевые тактовые генераторы, обычно сохраняющие фик-
сированное значение частоты, иногда могут самопроизвольно переходить на другую
(обычно третью) гармонику тактовой частоты из-за повышенной емкости входа ИС.
1.9.4. Входные и выходные сигналы
Если вы убедились, что все ИС исправны, правильно подключены к питанию
и заземлены, а все тактовые и управляющие сигналы (сброса, выбора ИС, записи,
начала работы, разрешения и т.д.) присутствуют, проверьте входные и выходные
сигналы каждой ИС. Это можно сделать при помощи осциллографа или пробника.
~42~1 СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис. 1.7.12-битовый ЦАП
Примечание к рис. 1.5 и 1.7.
Процедура калибровки:
1. Установите на входах логический 0.
2. С помощью регулировки смещения установите напряжение на выходе, равным максимальному
отрицательному значению (нулю).
3. Установите на входах логическую 1.
4. С помощью регулировки усиления установите максимальное (в соответствии с масштабом)
значение выходного напряжения.
* Уменьшает шумы опорного сигнала.
• * Уменьшает время установления.
1.10. Тестирование ИС контроля микропроцессоров
Наиболее практично при проверке ИС контроля наблюдать их в действии (осо-
бенно, если вы понимаете, как они работают). Приведем несколько примеров.
На рис. 1.10 показана ИС контроля питания DS1231, которая используется
в цифровых схемах. В интегральной схеме DS1231 применяется температурно-
компенсированная схема источника опорного напряжения, обеспечивающая как
ТЕСТИРОВАНИЕ ИС КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ Г~43~
Рис 1.8
Быстродействующий 12-битовый АЦП: а) зависи-
мость точности от времени преобразования;
б) структурная схема АЦП
Время преобразования
SAR
4805
Общее
Общее х 13
Типовое значение
33 нс
92 нс
375 нс
4,9 мкс
Худший случай
55 не
125 нс
680 нс
8,8 мкс
Таблица 1.3. Время преобразования быстродействующего 12-битового АЦП
41 СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис. 1.9.12-битовый АЦП с малой потребляемой мощностью
правильное выключение, так и автоматический сброс процессорных систем. Эта
ИС следит за уровнем входного напряжения стабилизатора источника питания
(обычно на конденсаторе входного фильтра) и выдает управляющие сигналы
RST или RST и NMI на процессор. Время, отведенное процессору для выключе-
ния, прямо пропорционально времени удержания напряжения питания при вык-
лючении источника. Как только уровень Vcc понизится на заранее выбранную
пороговую величину E или 10%), ИС DS1231 остановит процессор. Это предот-
вратит выполнение ошибочных тактов. Отметим, что в данной схеме для выбора
пятипроцентного значения порога вывод TOL заземлен. При восстановлении на-
пряжения питания до прежнего уровня, во избежание какого-либо искажения
данных, хранящихся в энергонезависимой памяти системы, процессор остается
неактивным до тех пор, пока питание полностью не стабилизируется.
Таким образом, ИС DS1231 должна обеспечить подачу сигналов RST, RST
(для некоторых систем могут быть необходимы оба сигнала) и NMI на микро-
процессор при отключении питания на входе стабилизатора. Для проверки вы-
полнения этой функции подайте напряжение 10 В на точку контроля напряже-
ния питания и зафиксируйте исходное состояние выводов RST, RST и NMI
(предварительно убедитесь, что на выводы Vcc и MODE поступает напряжение
+5 В, как показано на рис. 1.10). Теперь отключите контролируемое напряжение
и проверьте появление сигналов RST, RST и NMI на соответствующих выводах
ИС DS1231.
ТЕСТИРОВАНИЕ ИС КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
На рис. 1.11 показана ИС DS1232LP/LPS, которая используется для контроля
питания и управления выполнением программ в микропроцессорных системах,
а также обеспечивает ручной сброс при помощи кнопки. При снижении напряже-
ния Vcc до определенного порогового значения (определяемого подключением вы-
вода TOL) генерируются сигналы сброса RST и RST. Если вывод TOL подключен
к Vcc, сигналы сброса вырабатываются при падении Vcc ниже 4,5 В. Если же вывод
TOL заземлен, то сигналы сброса выдаются при падении Vcc ниже 4,75 В.
Рис. 1.11
Схема контроля
питания с кнопкой
сброса
При восстановлении напряжения питания сигналы RST и RST продолжают ос-
таваться активными в течение минимум 250 мс, что необходимо для стабилиза-
ции работы источника питания и процессора. При нажатии кнопки на вход PBRST
поступает напряжение низкого (активного) уровня. При отпускании кнопки вы-
рабатываются сигналы сброса длительностью минимум 250 мс. Указанный пери-
од времени отсчитывается с момента размыкания контактов кнопки.
Для того чтобы проверить срабатывание ИС при снижении напряжения пита-
ния, уменьшите напряжение Vcc с 5 до 4,5 В (или до 4,75 В при замыкании вывода
TOL на «землю», как показано на рис. 1.11) и убедитесь в появлении сигнала RST
на соответствующем выводе ИС (также должен появиться инвертированный сиг-
нал RST, хотя он и не используется в данной схеме).
Рис. 1.10
Схема контроля питония
цифровых устройств
~4б1 СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Для проверки работы ручного сброса восстановите уровень напряжения Vcc до
+5 В. Затем нажмите и отпустите кнопку. Проверьте появление сигнала RST. Если
необходимо, измерьте с помощью двухканального осциллографа интервал време-
ни между моментом отпускания кнопки и появлением сигнала RST. Он должен
составлять 250 мс. Длительность сигнала RST (как и RST) должна быть 250 мс.
И наконец, отключите, а затем вновь подайте напряжение Vcc E В). Убедитесь,
что сигналы RST и RST выдаются как минимум 250 мс.
На рис. 1.12 показана аналогичная схема, дополненная функцией сторожевого
таймера, контролирующего выполнение программы. Сторожевой таймер активи-
зирует сигналы RST и RST (выключающие процессор) при отсутствии сигналов
на входе ST в течение заранее заданного периода времени из-за каких-либо сбоев
в исполнении программы.
Рис. 1.12. Схема контроля питания с кнопкой сброса и сторожевым таймером
Этот период ожидания устанавливается равным примерно 150 мс при подклю-
чении входа TD к «земле», 600 мс - если вход TD не подключен, и 1,2 с - при под-
ключении входа TD к шине питания Vcc. Отсчет периода ожидания начинается
сразу по окончании сигналов сброса На вход ST могут подаваться данные, адрес-
ные и/или управляющие сигналы. При выполнении процессором программы они
периодически поступают на таймер, сбрасывая его до истечения периода ожидания.
Во время тестирования схемы, приведенной на рис. 1.12, для проверки функ-
ций сброса используйте процедуры, описанные вьпие^Чтобы оценить работоспо-
собность сторожевого таймера, блокируйте сигнал ST и убедитесь в появлении
сигналов RST и RST после окончания установленного периода ожидания. Если,
как показано на рис. 1.12, вывод TD заземлен, этот период должен быть примерно
равным 150 мс. При проверке вывод ST может быть закорочен на «землю» или,
что более практично, отключен от цепи. Для измерения длительности периода
ожидания используйте двухканальный осциллограф.
На рис. 1.13 показана ИС DS1236, которая используется для контроля питания
цифровых систем. Она подает на микропроцессор сигнал NMI для предупрежде-
ния об отключении питания. Прецизионный компаратор следит за изменением
ТЕСТИРОВАНИЕ ИС КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис. 1.13. Схема контроля питания цифровых систем с предупреждением об отключении питания
напряжения на высокоомном входе IN относительно уровня напряжения внутрен-
него опорного источника. Это позволяет использовать вход IN для установки тре-
буемого значения напряжения срабатывания. Входное напряжение с шины пита-
ния 5 В или более высокое (обычно с конденсаторов входного фильтра источника
питания для сигнала раннего предупреждения) подается на вход IN через внешний
делитель напряжения. Так как пороговое значение напряжения для этого входа
равно 2,54 В (VTp), то значения сопротивлений R1 и R2 могут быть определены
следующим образом.
Пример 1: напряжение питания равно 5 В, R2 = 10 кОм, напряжение срабаты-
вания (в точке контроля UnHT) Vsense = 4,80 В.
Пример 2: напряжение питания равно 12 В, R2 = 10 кОм, напряжение срабаты-
ВаНИЯ Чете = 9'00B-
X 5,00 = 17,7 В (чтобы не превысить напряжение 5 В на входе IN).
Чтобы проверить работоспособность канала раннего предупреждения схемы
контроля питания, уменьшите напряжение в точке контроля до необходимого
значения и убедитесь в появлении сигналов RST, RST и NM1. При этом контро-
лируйте именно напряжение срабатывания, а не V^. Если указанные сигналы по-
являются, но напряжение срабатывания не совпадает с заданным, проверьте зна-
чения сопротивлений R1 и R2. При этом следует иметь в виду, что ИС должна
~4в~| СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
срабатывать при напряжении на входе IN, равном 2,54 В. Если этого не происхо-
дит при любом напряжении на входе IN или в точке контроля, скорее всего, мик-
росхема вышла из строя.
На рис. 1.14 показана схема DS1236, которая используется для управления
подключением резервного батарейного питания статического ОЗУ (SRAM).
В DS1236 имеется внутренний переключатель, подключающий к ОЗУ питание
от источника напряжения 5 В (Vcc) или от внешней батареи (VBAT) в зависимо-
сти от того, какое из них больше. Это резервируемое питание (Vcco) также может
быть использовано для КМОП процессора. Кроме того, при уменьшении напря-
жения питания ниже 4,5 В (порог 10%) или ниже 4,75 В E%) выдаются сигналы
RST и RST. Таким же образом обеспечивается поддержание уровня сигнала раз-
решения работы ОЗУ (СЕ О). При этом допускаются отклонения до 0,3 В (для
Vcc) или до 0,7 В (для VBAT). Этот механизм, предотвращающий запись в ОЗУ,
срабатывает при уменьшении напряжения питания ниже порогового значения,
равного 4,5 или 4,75 В.
Рис. 1.14. Схема резервирования питания ОЗУ
Для проверки функции сброса уменьшите напряжение Vcc до 4,5 В (или до
4,75 В) и убедитесь в появлении сигналов RST и RST. Продолжайте снижать на-
пряжения Vcc до значения менее 3 В и выясните, что сигналы RST и RST при-
сутствуют, а напряжение сигнала СЕ О упало до 3 В (в пределах отклонения до
0,7 В). И наконец, увеличьте напряжение Vcc до 5 В и убедитесь, что напряжения
сигнала СЕО также возросло до 5 В (в пределах отклонения до 0,3 В). Измене-
ние уровня сигнала СЕО должно произойти при увеличении Vcc примерно до 4 В.
Сигналы RST и RST должны быть сняты, когда Vcc достигнет уровня 4,5 В (или
4,75 В). Если при снижении Vcc сигнал СЕО отсутствует или просто следует из-
менениям Vcc, можно предположить, что неисправна батарея. Если же она в ис-
правном состоянии, то, скорее всего, отказала микросхема.
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
1.11. Описание схем контроля микропроцессоров
1.11.1. Схема контроля микропроцессора
На рис. 1.15 и 1.16 показаны структурная схема и расположение выводов ИС
МАХ 1232. Назначение выводов приведено в табл. 1.4. Эта микросхема аналогич-
на ИС DS1232 (рис. 1.12 и 1.11), однако мощность потребления МАХ1232 в 10 раз
ниже. На рис. 1.17 и 1.18 приведены схема подключения и временные диаграммы
при использовании указанной микросхемы с кнопкой сброса, а на рис. 1.19 и 1.20 -
со сторожевым таймером. Обратите внимание, что в программе МП необходимо
предусмотреть выдачу сигналов на вход ST, причем их период должен быть меньше
времени ожидания сторожевого таймера. На рис. 1.21 и 1.22 изображены времен-
ные диаграммы спада и нарастания Vcc при выключении и включении питания, а на
рис. 1.23 и 1.24 - задержки сигналов RST и RST при увеличении и снижении Vcc.
(См. «Maxim New Releases Data Book», 1992, p.p. 5-11, 5-14,5-15, 5-16.)
Рис. 1.15. Структурная схема ИС МАХ1232
Таблица 1.4. Назначение выводов ИС МАХ1232
Обозначение
вывода
Назначение
PBRST
TD
TOL
Вход кнопки сброса с активным низким уровнем сигнала и защитой от дребезга
(игнорирует импульсы длительностью менее 1 мс и гарантированно распознает
импульсы длительностью 20 мс и более)
Установка времени ожидания сторожевого таймера. A50 мс, если вывод TD подключен
к 0 В; 600 мс, если вывод TD не подключен; 1,2 с, если вывод TD подключен к Vcc, -
см. табл. 1.5)
Установка порога срабатывания. Подключается к «земле» для установки порога 5% или
кУсс-для порога 10%
Рис. 1.16. Расположение
выводов ИСМАХ1232,
вид сверху
"sol схемы контроля микропроцессоров
Таблица 1.4. Назначение выводов ИС МАХ 1232 (окончание)
Обозначение
вывода
Назначание
GND «Земля»
RST Выходной сигнал сброса (RESET) (активный высокий уровень). Выдается в следующих
случаях:
1. Vcc понизилось ниже установленного порога срабатывания.
2. На выводе PBRST установлен низкий уровень сигнала (нажата кнопка RESET).
3. На входе ST сигналы отсутствуют в течение установленного времени ожидания
сторожевого таймера.
4. При включении питания
RST Выходной сигнал сброса (RESET) (активный низкий уровень; выход - открытый сток
ключа КМОП). Остальное - см. назначение вывода RST
5Т Вход контрольных сигналов для сторожевого таймера
Vcc Вход напряжения питания +5 В
N.C. Не подключен
Рис. 1.17. Схема подключения
ИС МАХ 1232 при использовании кнопки
сброса
Рис 1.18. Временные диаграммы для
ИС МАХ1232 при использовании кнопки
сброса
Рис 1.19. Схема подключения ИСМАХ1232
при использовании сторожевого таймера
Рис 1.20. Временные диаграммы для
ИС МАХ1232 при использовании сторожевого
таймера
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ (ТТ
Таблица 1.5. Время ожидония сторожевого таймера в зависимости от варианта подключения выводо TD
Вариант подключения Минимальное время Типовое время Максимальное время
вывода TD
ов
Не подключен
Vcc
ожидания tjD, мс
62,5
250
500
ожидания tTD, мс
150
600
1200
ожидания tfQ, мс
250
1000
2000
Рис. 1.21. Временная диаграмма спада
У^при отключении питания
Рис. 1.22. Временная диаграмма
нарастания Уее при включении питания
Рис. 1.23. Задержка сигналов RST и RST
при увеличении Ус<:
Рис. 1.24. Задержка сигналов RST и RST
при снижении Va
1.11.2. Схема резервирования питания МП
На рис. 1.25 и 1.26 показаны структурная схема и расположение выводов И С
МАХ 1259. Эта микросхема аналогична изображенной на рис. 1.14 и подключает
резервную батарею при внезапном отключении основного источника питания. Раз-
ность потенциалов на входе/выходе равна 200 мВ при потреблении тока 250 мА от
основного источника питания или 15 мА от резервной батареи. Сигнал неисправ-
ности батареи (BF) появляется на выводе 3, если ее напряжение становится менее
+2 В. При снижении напряжения основного источника питания сигнал о его не-
исправности (PF) поступает на вывод 11. (См. «Maxim New Releases Data Book»,
1992, p. 5-17.)
~52~] СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
vcco
Рис. 1.25. Структурная схема ИС МАХ1259
Рис. 1.26. Расположение
выводов ИСМАХ1259,
вид сверху
1.11.3. Схема контроля и резервирования питания МП
На рис. 1.27 и 1.28 показаны типовая схема применения и расположение выводов
семейства ИС МАХ690-695. Они аналогичны микросхеме, показанной на рис. 1.13,
но дополнены сторожевым таймером и цепями резервирования питания. Кроме
того, порог срабатывания схемы контроля питания равен 1,3 В (см. табл. 1.6). Для
определения величин резисторов на входе PFI можно использовать соотношения,
приведенные для рис. 1.13, учитывая, что пороговый уровень равен 1,3 В, а не 2,54 В.
(См. «Maxim New Releases Data Book», 1992, p.p. 5-19, 5-22.)
Рис. 1.27. Типовая схема применения ИС МАХ690
Рис. 1.28. Распопожение
выводов ИС МАХ690/691 /
692/693/694/695,вид сверху
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Таблица 1.6. Назначение выводов ИСМАХ690/691/692/693/694/695
Обозначение Номер вывода н
вывода МАХ690/692/694 МАХ691/693/695 МазнаЧение
Vcg 2 3 Вход напряжения питания +5 В
vbatt 8 1 Вход резервной батареи. Соединить с «землей»,
если батарея не используется
V0UT 1 2 Выход резервированного напряжения питания.
К выводу V0UT с помощью внутреннего коммутатора
подключается наибольшее напряжение из Vcc или
vbatt- Соединить VOUT с Vcc. если V^ и Vbatt не
используются
GND 3 4 О В, «земля». Общий вывод для всех сигналов
RESET 7 15 Выход сигнала RFSET. Пераходит в активное состоя-
ние (низкий уровень), если Vcc падает ниже порога
срабатывания или напряжения батареи (VRATT). Типо-
вые значения порога для сигнала RESET - 4,65 В
(МАХ690/691/694/695) и 4,4 В (МАХ692 и МАХ693).
Сигнал остается активным в течение 50 мс после
возвращения Vcc на уровень 5 В (для МАХ694/695 -
200 мс). Кроме того, сигнал RESET переходит в ак-
тивное состояние на 50 мс, если в течение времени
ожидания сторожевого таймера на вход WDI не по-
ступают контрольные сигналы (если сторожевой тай-
мер включен). Длительность импульса RESET может
быть изменена
WDI 6 11 Вход (трехуровневый) сигналов сторожевого тайме-
ра. Если WDI остается в состоянии высокого или низ-
кого уровня на протяжении периода, превышающего
время ожидания сторожевого таймера, сигналы RESET
и WDO пераходят в активное состояние (низкий уро-
вень). Сторожевой таймер выключается, если вход WDI
не подключен или на него подано напряжение, равное
половине напряжения питания. Таймер срабатывает
при каждом изменении состояния входа WDI
PFI 4 9 Вход (неинвертированный) компаратора схемы пре-
дупреждения об отключении напряжения питания.
Если значение PFI становится менее 1,3 В. сигнал
PFO пераходит в активное состояние (низкий уро-
вень). Если вход PFI не используется, замкните его
на «землю» или на VOUT
PFO 5 10 Выход компаратора схемы предупреждения об от-
ключении напряжения питания. Если значение PFI
становится менее 1,3 В или Vcc становится ниже
VBATT, сигнал PFO переходит в активное состояние
(низкий уровень)
СЕ IN - 13 Вход логической схемы блокирования сигнала Сё.
Если вход СЁ IN не используется, замкните его на
«землю» или на VOUT
Сё OUT - 12 Выход логической схемы блокирования сигнала СЕ.
Переходит в активное состояние (низкий уровень),
только если Сё IN в состоянии низкого уровня, a \Jqq
выше порога срабатывания для сигнала RESET D,65
В для МАХ691/695 и 4,4 В для МАХ693)
ВАТТ ON - 5 Сигнал подключения резервной батареи. Пераходит
в состояние высокого уровня при подключении выхо-
да V0UT (с помощью внутреннего переключателя)
к входу VBATT. Переходит в состояние низкого уровня
при подключении выхода V0UT (с помощью внутрен-
него переключателя) к входу Vcc. Типичное значение
выходного тока составляет 25 мА, что позволяет не-
посредственно управлять базой внешнего р-п-р
транзистора, чтобы увеличить выходной ток не ме-
нее чем на 50 мА по сравнению с V0UT
~54~1 СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Таблица 1.6. Назначение выводов ИС МАХ690/691/692/693/694/695 (окончание)
Обозначение Номер вывода Назначение
вывода МАХ690/692/694 МАХ691/693/695 пазначение
LOW LINE - 6 Выход сигнала о снижении напряжения питания.
Переходит в состояние низкого уровня при падении
Vcc ниже порога срабатывания для сигнала RESET.
Возвращается в состояние высокого уровня при воз-
растании Vcc выше этого порога
RESET (не инверт.) - 16 Выход сигнала RESET с активным высоким уров-
нем. Инверсия сигнала RESET
OSC SEL - 8 Если вывод OSC SEL не подключен или на него подан
высокий уровень, то длительность сигнала RESET
и время ожидания сторожевого таймера определя-
ются внутренним тактовым генератором. Если на вы-
вод OSC SEL подан низкий уровень, то активизиру-
ется вход OSC IN для подключения внешнего
тактового генератора. Входной ток для вывода OSC
SEL равен 3 мкА
OSC IN 7 Если на вывод OSC SEL подан низкий уровень, то
к входу OSC IN может быть подключен внешний так-
товый генератор для установки длительности сигна-
ла RESET и времени ожидания сторожевого тайме-
ра. Эти параметры также могут быть изменены
подключением к этому выводу внешнего конденсато-
ра. Если вывод OSC SEL не подключен или на него
подан высокий уровень, то с помощью OSC IN можно
выбрать короткое или длительное время ожидания
сторожевого таймера
WDO - 14 Выход сторожевого таймера. Переходит в состояние
низкого уровня, если вход WDI остается в состоянии
высокого или низкого уровня на протяжении периода,
превышающего время ожидания сторожевого тайме-
ра. WDO устанавливается в состояние высокого уров-
ня при очередном изменении состояния входа WDI.
Если вывод WDI не подключен ил"и на него подано
напряжение, равное половине напряжения питания,
WDO находится в состоянии высокого уровня. WDO
также переходит в это состояние, если на выходе
LOW LINE устанавливается низкий уровень
1.11.4. Схема контроля МП с дополнительными возможностями
На рис. 1.29 и в табл. 1.7 показаны типовая схема подключения ИС МАХ696 и на-
значение ее выводов. Эта микросхема аналогична изображенным на рис. 1.10-1.14,
но с совмещением (или комбинированием) функций. Для расчета значений сопро-
тивлений резисторов, подключаемых к входам PFI и LLIN, можно использовать
соотношения, приведенные для рис. 1.13 (учитывая, что пороговый уровень сра-
батывания равен 1,3 В вместо 2,54 В). На рис. 1.30-1.33 представлены времен-
ные диаграммы ИС МАХ696, а также схема с дополнительным гистерезисом сра-
батывания компаратора контроля питания, схема с программным отключением
сторожевого таймера и схема для выбора времени ожидания сторожевого тайме-
ра. В табл. 1.8 приведены данные для выбора времени задержки сигнала RESET
и времени ожидания сторожевого таймера. (См. «Maxim New Releases Data Book»,
1992, p.p. 5-36, 5-37, 5-41, 5-43.)
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис. 1.29
Типовая схема подключения
ИСМАХ696 ,
Таблица 1.7. Назначение выводов ИС МАХ696/697
Обозначение Номер вывода
вывода МАХ696 МАХ697
Назначение
"ее
"OUT
GND
RESET
4
15
WDI
11
PFJ
PFC
10
3 Вход напряжения питания +5 В
Вход резервной батареи. Соединить с «землей», если бата-
рея не используется
Выход резервированного напряжения питания. К выводу V0UT
с помощью внутреннего коммутатора подключается наиболь-
шее напряжение из Vcc или VBATT. Соединить Vq^ с Vcc, если
^оит и ^вдп ** используются
5 0 В, «земля». Общий вывод для всех сигналов
15 Выход сигнала RESET. Переходит в активное состояние (низ-
кий уровень), если уровень сигнала LLin падает ниже 1,3 В
или Vcc падает ниже напряжения батареи (Vg^). Сигнал ос-
тается активным в течение 50 мс после превышения сигна-
лом Шп уровня 1,3 В. Кроме того, сигнал RESET переходит
в активное состояние на 50 мс, если в течение времени ожи-
дания сторожевого таймера на вход WDI не поступают конт-
рольные сигналы (если сторожевой таймер включен)
11 Вход (трехуровневый) сигналов сторожевого таймера. Если
WDI остается в состоянии высокого или низкого уровня на
протяжении периода, превышающего время ожидания сто-
рожевого таймера, сигналы RESET и WD0 переходят в актив-
ное состояние (низкий уровень). Сторожевой таймер выклю-
чается, если вход WDI не подключен или на него подано
напряжение, равное половине напряжения питания. Таймер
срабатывает при каждом изменении состояния входа WDI
9 Вход (неинвертированный) компаратора схемы предупреж-
дения об отключении напряжения питания. Если значение PFI
становится менее 1,3 В, сигнал PFO переходит в активное
состояние (низкий уровень). Если вход PFI не используется,
замкните его на «землю» или на VOUT
10 Выход компаратора схемы предупреждения об отключении
напряжения питания. Если значение PFI становится менее
1,3 В или Vcc становится ниже VBATT, сигнал РРЗ переходит
в активное состояние (низкий уровень)
~5б1 СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Таблица 1.7. Назначение выводов ИСМАХ696/697 (окончание)
Обозначение Номер выводе
вывода МАХ696 МАХ697
Назначение
СЕ IN
CEOUT
ВАТТ ON
13
12
LOW LINE 6
RESET 16
(не инверт.)
OSC SEL 8
OSC1N
16
8
WTO
14
14
NC
LLin
TEST
12
13
Вход логической схемы блокирования сигнала СЕ. Если вход
СЕ IN не используется, замкните его на «землю» или на VOUT
Выход логической схемы блокирования сигнала СЕ. Перехо-
дит в активное состояние (низкий уровень), только если СЕ
IN в состоянии низкого уровня, а сигнал LLin превышает 1,3 В
Сигнал подключения резервной батареи. Переходит в состо-
яние высокого уровня при подключении выхода VOUT (с помо-
щью внутреннего переключателя) к входу VBATT. Переходит
в состояние низкого уровня при подключении выхода VOUT
(с помощью внутреннего переключателя) к входу Vcc. Типич-
ное значение выходного тока 7 мА, что позволяет непосред-
ственно управлять базой внешнего р-п-р транзистора,
чтобы увеличить выходной ток не менее чем на 50 мА по
сравнению с VOUT
Выход сигнала о снижении напряжения питания. Переходит
в состояние низкого уровня при падении LLin ниже 1,3 В.
Возвращается в состояние высокого уровня при возрастании
LLin выше этого порога
Выход сигнала RESET с активным высоким уровнем. Инверсия
сигнала RESET
Если вывод OSC SEL не подключен или на него подан высокий
уровень, то длительность сигнала BESET и время ожидания сто-
рожевого таймера определяются внутренним тактовым генера-
тором. Если на вывод OSC SEL подан низкий уровень, то активи-
зируется вход OSC IN для подключения внешнего тактового
генератора. Входной ток для вывода OSC SEL равен 3 мкА
Если на вывод OSC SEL подан низкий уровень, то к входу
OSC IN может быть подключен внешний тактовый генератор
для установки длительности сигнала RESET и времени ожи-
дания сторожевого таймера. Эти параметры также могут
быть изменены подключением к выводу внешнего конденса-
тора. Если вывод OSC SEL не подключен или на него подан
высокий уровень, то с помощью OSC IN можно выбрать ко-
роткое или длительное время ожидания сторожевого тай-
мера
Выход сторожевого таймера. Переходит в состояние низкого
уровня, если вход WDI остается в состоянии высокого или
низкого уровня на протяжении периода, превышающего вре-
мя ожидания сторожевого таймера. WD0 устанавливается
в состояние высокого уровня при очередном изменении со-
стояния входа WDI. Если вывод WDI не подключен или на него
подано напряжение, равное половине напряжения питания,
WDO находится в состоянии высокого уровня. WDO также пе-
реходит в это состояние, если на выходе LOW LINE устанав-
ливается низкий уровень
Не подключен. Оставьте этот вывод неподсоединенным
Вход КМОП компаратора с высокоточным опорным напряже-
нием 1,3 В. Выход компаратора связан с выводом LOW LINE,
а также подключен к формирователю импульсов сброса
Используется только при производстве. Всегда замыкайте на
«землю»
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис. 1.30
Временные диаграммы ИС
МАХ696/697
Таблица 1.8. Выбор времени задержки сигнапа RESET и времени ожидания сторожевого таймера
Состояние Состояние
вывода OSC SEL вывода OSC IN
Время ожидания
сторожевого таймера
норма
Длительность
сразу после сигнала RESET
сигнала RESET
Подключен к выходу 1024 такта 4096 тактов 512 тактов
внешнего внешнего внешнего внешнего
генератора генератора генератора генератора
Подключен внешний
конденсатор
Низкий уровень
Низкий уровень
Высокий уровень
или не подключен
Высокий уровень
или не подключен
400мс/47пФхС 1,6с/47пфхС 200мс/47пфхС
Низкий уровень 100 мс 1.6 с 50 мс
; Не подключен 1,6 с 1,6 с 50 мс
Примечания к табл.:
1. Если на вывод OSC SEL микросхемы МАХ696/697 подан сигнал низкого уровня, то вход OSC IN может
управляться внешним тактовым сигналом или между входом OSC IN и «землей» можно подключить
внешний конденсатор. Номинальная частота внутреннего тактового генератора равна 10,24 кГц. Номи-
нальная частота генератора при подключении внешнего конденсатора определяется так:
FreH (Гц) = 184000/Сген(пФ).
2. При подаче сигнала высокого уровня вход OSC SEL должен подключаться к VOUT. а не к Vcc (для
МАХ696).
8~1 СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис. 1.31. Схема с программным отключением
сторожевого таймера
Рис. 1.33. Схема для выбора времени ожидания
сторожевого таймера
Рис. 1.32. Схема с гистерезисом срабатывания
компаратора контроля питания
Рис. 1.34. Типовая схема подключения ИСМАХ790
1.11.5. Схемы контроля МП с улучшенными характеристиками
На рис. 1.34 и 1.35 показаны типовая схема подключения и расположение выводов
ИС МАХ790/791. Эти микросхемы аналогичны серии МАХ 690, представленной
на рис. 1.27 и 1.28, но имеют следующие преимущества: потребляемый ток - 70 мкА,
задержку сигнала СЕ - 10 не, выходной ток - 250 мА (в режиме Vcc) и 25 мА
Рис. 1.35. Расположение выводов
ИС МАХ790/791, вид сверху
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
(в режиме Vbat). По расположению выводов ИС МАХ790 совместима с ИС МАХ690.
Гарантируется поддержание рабочего состояния выхода сброса при понижении на-
пряжения питания (Vcc) до 1 В. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1992, p. 5-53.)
1.11.6. Схемы контроля МП повышенной надежности
На рис. 1.36 и 1.37 показаны типовая схема подключения и расположение выводов
ИС MAX690A/802L Эти микросхемы аналогичны изображенным на рис. 1.10-1.14,
но отличаются повышенной надежностью и иными пороговыми значениями.
МАХ690А/802L выдает импульс сброса при падении напряжения питания ниже
уровня 4,65 В, а МАХ692А/802М - ниже уровня 4,40 В. Для сигналов об отказе
питания и разряде батареи установлен пороговый уровень 1,25 В. Задержка сбро-
са равна 200 мс, а время ожидания сторожевого таймера - 1,6 с. Ток покоя не пре-
вышает 200 мкА при нормальном питании и 50 нА при питании от резервной бата-
реи. Точность отслеживания напряжения при отказах питания для MAX802L/M
составляет ±2%. (См. «Maxim High-Reliability Data Book», 1993, p. 5-17.)
Рис. 1.36. Типовая схема подключения
ИСМАХ690А/8021.
1.11.7. Схемы контроля МП повышенной надежности
с дополнительными возможностями
На рис. 1.38 и 1.39 показаны типовая схема подключения и расположение выво-
дов ИС MAX691A/MAX693A/800L/800M. Эти микросхемы аналогичны приве-
денным на рис. 1.10-1.13, но отличаются повышенной надежностью и некоторы-
ми дополнительными возможностями. Они обеспечивают защиту КМОП ОЗУ
или РПЗУ с электрическим стиранием (EEPROM) от случайной записи, отдель-
ный выход сторожевого таймера, схему переключения питания на резервную ба-
тарею и поддержание рабочего состояния выхода сброса при понижении напря-
жения питания Vcc до 1 В. Кроме того, в них улучшен ряд характеристик: ток
потребления не превышает 35 мкА, типовая задержка сигнала сброса при вклю-
чении питания составляет 200 мс, а задержка сигнала СЕ - 6 не. Для микросхем
MAX691A/MAX800L уровень порога срабатывания равен 4,65 В, для МАХ693А/
Рис. 1.37. Расположение
выводов ИСМАХ690А/
692А/8021./802М,вид
сверху
~бб1 СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис. 1.38
Типовая схема подключения ИС МАХ691 А/
693A/800L/800M
Рис. 1.39
Расположение выводов ИС МАХ691A/693A/800L/800M, вид сверху
МАХ800М - 4,4 В. ИС MAX800L/MAX800M гарантируют точность отслеживания
напряжения при отказах питания не менее ±2%. (См. «Maxim High-Reliability Data
Book», 1993, p. 5-19.)
1.11.8. Недорогие схемы контроля МП с батарейным резервированием
На рис. 1.40 и 1.41 показаны типовая схема подключения и расположение выводов
ИС МАХ703/704. Эти микросхемы аналогичны представленным на рис. 1.10-1.13,
но отличаются меньшей стоимостью. Основные параметры ИС МАХ703/704: дли-
тельность импульса сброса - 200 мс, ток покоя - 200 мкА при нормальном пита-
нии и 50 нА при питании от резервной батареи. Сигналы предупреждения об от-
казе питания, разряде батареи и об отличии напряжения питания от нормального
уровня +5 В вырабатываются детектором с порогом срабатывания 1,25 В. (См. «Ma-
xim High-Reliability Data Book», 1993, p. 5-29.)
1.11.9. Недорогие схемы контроля МП повышенной надежности
с ручным сбросом
На рис. 1.42 и 1.43 показаны типовая схема подключения ИС МАХ705/706 и рас-
положение выводов ИС МАХ705/708. Эти микросхемы аналогичны изображенным
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис. 1.40. Типовая схема подключения
ИСМАХ703/704
Рис. 1.41. Расположение
выводов ИС МАХ703/704,
вид сверху
на рис. 1.10-1.13, но значительно дешевле. Основные параметры ИС МАХ705/
708: длительность импульса сброса - 200 мс, ток покоя - 200 мкА при нормаль-
ном питании. Сигналы предупреждения об отказе питания, разряде батареи и об
отличии напряжения питания от нормального уровня +5 В вырабатываются де-
тектором с порогом срабатывания 1,25 В. Микросхемы МАХ705/707 генериру-
ют сигнал сброса при понижении напряжения питания до 4,65 В, а МАХ706/708 -
до 4,4 В. В ИС МАХ705/706 выход сторожевого таймера переходит в активное
состояние, если на вход WDI сигналы не поступают в течение 1,6 с. ИС МАХ707/
708 аналогичны МАХ705/706, за исключением того, что вместо выхода сторо-
жевого таймера в них имеется выход сигнала сброса с активным высоким уров-
нем. (См. Maxim «High-Reliability Data Book», 1993, p. 5-31.)
Рис. 1.42. Типовая схема подключения ИСМАХ705/706
Рис. 1.43. Расположение
выводов ИС МАХ705/708
(корпус DIP/SO), вид сверху
Гб2~| СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
1.11.10. Недорогие схемы контроля МП для напряжения питания +3 В
На рис. 1.44 и 1.45 показаны типовая схема подключения ИС MAX706R/S/T
и расположение выводов ИС MAX706P/R/S/T, а на рис. 1.46 и 1.47 - типовая схе-
ма подключения и расположение выводов ИС MAX708/R/S/T. Эти микросхемы
аналогичны изображенным на рис. 1.10-1.13, но обладают возможностью контро-
ля напряжения питания +3 В. Основные параметры И С MAX706P/R/S/T: дли-
тельность импульса сброса - 200 мс, ток покоя - 100 мкА (при нормальном пи-
тании), период ожидания - 1,6 с. Сигналы предупреждения об отказе питания,
разряде батареи или о выходе напряжения питания из диапазона +3-5 В вырабаты-
ваются детектором с порогом срабатывания 1,25 В. Разница между микросхема-
ми MAX706R, S и Т в том, что пороги инициирования сигнала сброса для них
установлены соответственно 2,63; 2,93 и 3,08 В. Для перечисленных ИС сигнал
сброса имеет активный низкий уровень. Микросхема МАХ706Р вырабатывает
сигнал сброса с активным высоким уровнем при пороговом значении 2,63 В. Мик-
росхемы MAX708R/S/T аналогичны соответствующим ИС серии МАХ706, но
Рис. 1.44. Типовая сеема подключения ИС
MAX706R/SA
Рис. 1.46. Типовоя схемо подключения ИС
MAX708R/S/T
Рис. 1.45. Расположение
выводов HCMAX706P/R/
S/T, вид сверху
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
вместо сторожевого таймера у них есть прямой и инвертированный выходы RE-
SET. Эти ИС выполняют ручной сброс сигналом с активным низким уровнем.
(См. «Maxim High-Reliability Data Book», 1993, p.p. 5-33, 5-34.)
1.11.11. Схема контроля МП, формирующая сигнал разрешения
записи в ОЗУ
На рис. 1.48 и 1.49 показаны типовая схема подключения и расположение выво-
дов ИС МАХ791. Эта микросхема аналогична показанным на рис. 1.10-1.13, но
обладает внутренним формирователем сигнала разрешения записи в ОЗУ (СЕ
OUT). Основные параметры ИС: длительность импульса сброса - 200 мс, ток по-
требления в режиме резервирования — 1 мкА, выходной ток - 250 мА при нор-
мальном питании и 25 мА при питании от резервной батареи. Сигналы предупреж-
дения об отказе питания, разряде батареи или об отличии напряжения питания от
нормального уровня +5 В вырабатываются детектором с порогом срабатывания
1,25 В. Кроме того, микросхема оснащена отдельным компаратором с выходным
сигналом LOW LINE, порог срабатывания которого на 150 мВ выше порогово-
го уровня формирования сигнала сброса. Наличие импульсного выхода сторо-
жевого таймера позволяет предупредить о возможной выдаче сигнала WDO по
истечении времени ожидания таймера. (См. «Maxim High-Reliability Data Book»,
1993, p. 5-35.)
Рис. 1.49. Расположение
выводов ИСМАХ791,
вид сверху
1.11.12. Недорогие схемы контроля МП с батарейным резервированием
для напряжения питания 3,0/3,3 В
На рис. 1.50 и 1.51 показаны типовая схема подключения и расположение выво-
дов ИС MAX704T/S/R. Микросхема аналогична изображенным на рис. 1.10-1.13,
но значительно дешевле и предназначена для использования в системах с напря-
жением питания 3,0 или 3,3 В. Основные параметры ИС: длительность задержки
импульса сброса - 200 мс, ток покоя - 50 мкА при питании от основного источника
Рис. 1.48. Типовая схема подключения ИС МАХ791
~64i СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис 1.50. Типовой схема подключения MCMAX704T/S/R
Рис. 1.51. Расположение
выводов ИС MAX704T/S/R
(корпус DIP/SO), вид сверху
и 50 нА при питании от резервной батареи. Сигналы предупреждения об отказе
питания, разряде батареи или об отличии напряжения питания от 3,0 или 3,3 В
вырабатываются детектором с порогом срабатывания 1,25 В. Варианты Т, S и R
имеют разные пороговые уровни, как показано в табл. 1.9. (См. «Maxim New Re-
leases Data Book», 1994, p. 5-43.)
Таблица Т.9. Пороговые напряжения ИС MAX704T/S/R
Вариант исполнения Типоаое значение порога для сигнала сброса (RESET), В
3.06
2.91
2.61
1.11.13. Схема контроля напряжения питания с формированием
сигнала сброса
На рис. 1.52 и 1.53 и в табл. 1.10 представлены типовая схема подключения, рас-
положение и назначение выводов ИС МАХ709. Эта микросхема обеспечивает
системный сброс при включении и выключении питания, а также при снижении
напряжении питания. В случае, если напряжение Vcc падает ниже порогового
уровня, на выходе RESET устанавливается сигнал низкого уровня, который
удерживает микропроцессор в состоянии сброса не менее 140 мс после падения
напряжения питания ниже порога. Соответствие порогового напряжения вари-
анту исполнения ИС приведено в табл. 1.11. Выход RESET гарантированно оста-
ется в правильном состоянии, даже если напряжение питания понизится до 1 В.
Как показано на рис. 1.54, микросхема достаточно устойчива к кратковременным
понижениям («провалам») уровня напряжения Vcc. На рис. 1.55 показано под-
ключение к микросхеме дополнительного сопротивления R1, если необходимо, что-
бы активный уровень сигнала R E S Е Т на выходе микросхемы был равен 0 В. Величи-
на этого сопротивления должна составлять около 100 кОм, но это не критично.
На рис. 1.56 показан один из вариантов организации связи с микропроцессорами,
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис. 1.52. Типовая схема
подключения ИС МАХ709
Таблица 1.10. Мозначение выводов ИСМАХ709
Рис. 1.53. Расположение
выводов ИС МАХ709 (корпус
DIP/SO), вид сверху
Вывод Обозначение Назначение
1,4.5,6.8 N.C.
2 Vcc
3 GND
7 RESET
Не подключены. С этими выводами нет внутренних соединений
Вход напряжения питания +5 В, +3,3 В или 3 В
«Земля»
Выход находится в активном (низком) состоянии, пока значение напряжение
питания ниже порога для сигнала сброса и продолжает оставаться таким
еще в течение 280 мс после превышения им порога
Таблица 1.11. Соответствие значения порогового напряжения варианту исполнения ИС МАХ709
Значение порога для сигнала сброса (RESET)
вариант исполнения напряжение, В
L
м
т
S
R
4,65
4,4
3,08
2,93
2,63
Рис. 1.54. Зависимость максимально
допустимой длительности «провалов»
в напряжении питания микросхемы
МАХ709 от их абсолютной величины
Рис. 1.55. Подключение
к микросхеме МАХ709
дополнительного
сопротивления
3 Зак. 733
СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Рис 1.56
Подключение к МП с двуноправленным
сигналом сброса
имеющими двунаправленные сигналы сброса (такими, как микропроцессоры се-
рии 68НС11 компании Motorola). (См. «Maxim New Releases Data Book», 1994,
p.p. 5-67, 5-70, 5-71.)
1.11.14. Схемы контроля МП с внутренней резервной батареей
На рис. 1.57 и 1.58 показаны типовая схема подключения и расположение выво-
дов ИС МАХ 1691. Для обеспечения защиты памяти от случайной записи и рабо-
ты сторожевого таймера в ИС имеется внутренняя резервная батарея питания. Ли-
тиевая батарея C В, 125 мА-ч) подключается к схеме внешней перемычкой, что
позволяет избежать разрядки батареи при отгрузке и доставке. Микросхемы до-
ставляются в специальной упаковке, выполненной из изоляционного материала.
Хранение микросхемы в мягкой токопроводящей упаковке может привести к раз-
ряду внутренней батареи. Задержка включения/выключения питания составляет
200 мс, ток потребления в режиме резервирования - 1 мкА^номинальный рабо-
чий ток - 35 мкА. Задержка выдачи сигнала разрешения (СЕ) - максимум 10 не.
(См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p. 5-7.)
Рис. 1.57. Типовая схема подключения ИСМАХ1691
Рис 1.58. Расположение выводов
ИСМАХ1691 (корпус 0,6" WIDE
DIP MODULE), вид сверху
2. АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
В начале этой главы рассмотрены некоторые особенности применения интеграль-
ных схем аналоговых коммутаторов (мультиплексоров) и ключей. Как правило,
ИС этого типа выбирают исходя из нужного числа коммутируемых каналов, одна-
ко следует иметь в виду еще ряд проблем, без решения которых выбранная схема
может оказаться неработоспособной.
2.1. Экстремальные уровни напряжения
Предположим, что авиалайнер оборудован несколькими тензодатчиками мостово-
го типа, подсоединенными, с одной стороны, к многоканальной системе тревож-
ной сигнализации, а с другой - к мультиплексированному входу бортовой ЭВМ.
Типовой тензодатчик в виде резистивного моста с напряжением питания 10 В
вырабатывает разностный сигнал 0-50 мВ, который находится под потенциалом
около 5 В относительно земли. Устройство тревожной сигнализации, подключенное
к коммутатору, который циклически опрашивает несколько тензодатчиков, выдает
сигнал тревоги, если разностный сигнал в любом из каналов превысит уста-
новленный порог.
Одновременно те же разностные напряжения тензодатчиков поступают на вто-
рой, независимый от первого, коммутатор бортовой ЭВМ, которая управляет дис-
плеем в кабине пилота. Каждый коммутатор должен функционировать независи-
мо от состояния (рабочего или аварийного) другого. Более того, в схемах обоих
коммутаторов должна быть предусмотрена защита от повреждения при неисправ-
ности любого тензодатчика из числа подключенных к аналоговым входам комму-
таторов (в худшем случае от неисправного датчика может поступать полное на-
пряжение бортового аккумулятора, равное 28 В). Коммутаторы и тензодатчики
через многоконтактные разъемы соединяются в общую сеть с помощью многомет-
ровых кабелей, образованных жгутами неэкранированных проводов.
При таком построении системы пилот может осложнить ее работу, если в ходе
полета будет включать или выключать питание тех или иных датчиков. Схожие
ГИГ} АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
проблемы возникают и при проведении регламентных работ, когда какие-либо
модули системы независимо от того, подано на них питание или нет, отсоединя-
ются или присоединяются к сети. Поскольку аналоговые входы коммутаторов
непосредственно связаны с контактами присоединительных разъемов, то в момент
разъединения или присоединения последних на входах коммутаторов будут возни-
кать выбросы напряжения, которые не должны выводить ИС из строя.
Когда один или несколько источников входных сигналов оказываются под на-
пряжением при отсутствии питания на коммутаторе, необходимо обеспечить,
с одной стороны, защиту ИС от повреждения, а с другой - достаточно высокое со-
противление аналоговых входов коммутатора, чтобы он не создавал существенной
нагрузки для источников входных сигналов. Мультиплексор должен также отве-
чать определенным требованиям в отношении сопротивления изоляции, чтобы
избежать повреждений при коммутациях в цепи питания и на случай аварийного
режима функционирования датчика, когда на аналоговые входы коммутатора мо-
жет быть подано напряжение, близкое к 28 В.
При поступлении на входы коммутатора напряжения, превышающего напряжение
питания интегральных схем (обычно ±15 В), устройство должно не только сохранить
работоспособность, но и обеспечить защиту операционного усилителя или другой
схемы, подключенной к выходу коммутатора. Рассмотрим два типичных примера:
1. Напряжение в одном из включенных каналов превышает напряжение пита-
ния коммутатора. При этом входной ток коммутатора не должен чрезмерно
возрастать, а напряжение на выходе устройства должно оставаться на безо-
пасном уровне.
2. Напряжение, превышающее напряжение питания, может поступать на от-
ключенный канал коммутатора. При этом схема должна обеспечивать огра-
ничение входного тока в указанном канале и одновременно блокировать пе-
редачу напряжения питания на выход.
Защитные схемы коммутатора могут быть выполнены как во встроенном, так
и во внешнем вариантах. Типовая схема внешнего варианта защиты показана на
рис. 2.1. В данном случае к каждому входному каналу устройства подключаются
токоограничивающий резистор и два диода (на рисунке показан только один ка-
нал). Если положительное напряжение на каком-либо из входов превышает напря-
жение пробоя стабилитрона, равное 12 В, верхний диод открывается и удерживает
напряжение на входе коммутатора на уровне 12 В. Аналогичный механизм действу-
ет при поступлении на вход коммутатора отрицательного напряжения, превышаю-
щего по модулю уровень -12 В.
Схема внешней защиты коммутатора, показанная на рис. 2.1, работает надежно,
но здесь могут возникнуть некоторые проблемы, например появление значитель-
ного тока в режиме ограничения напряжения или влияние тока утечки защитного
диода на сигнал в режиме нормального функционирования. При использовании
схемы, показанной на рис. 2.1, в вышеописанной системе тревожной сигнализации
авиалайнера выброс тока, возникающий при выключении одного коммутатора,
может привести к искажению сигнала в другом.
На рис. 2.2 показан другой вариант внешней цепи защиты. При этом вместо
внешних диодов используются внутренние р-n переходы КМОП коммутатора
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ
и внешние резисторы, включенные во входную цепь каждого канала. Резистор
должен обладать достаточным сопротивлением для обеспечения надежной защи-
ты входа, однако слишком высокое сопротивление может привести к неприемле-
мым искажениям сигнала из-за тока утечки коммутатора - особенно при высоких
температурах, когда он обычно возрастает. Включение резистора со сравнительно
небольшим сопротивлением снижает величину указанных искажений, но способ-
ствует возникновению большого тока в аварийном режиме и, следовательно, не
может обеспечить надежную защиту схемы в целом.
Рис. 2.1. Цепь внешней диодно-резистив-
ной защиты
Рис. 2.2. Цепь внешней резистивной защиты
Таким образом, применение внешних схем защиты ИС аналоговых коммутато-
ров и ключей, как правило, не рекомендуется. Исключение составляют случаи, при
которых токи утечки имеют ничтожно малые значения (по крайней мере, порядка
нескольких пико- или наноампер). Типовые схемы, в которых применяются внеш-
ние цепи защиты, приведены в конце этой главы.
При использовании внешних резисторов для ИС аналоговых коммутаторов
и ключей важно учитывать некоторые дополнительные моменты. Так, например,
степень искажения напряжения сигнала зависит от общего тока, проходящего че-
рез резистор, включая входной ток смещения операционного усилителя, подсоеди-
ненного к выходу коммутатора. В сочетании с паразитной шунтирующей емкостью
внешний резистор образует RC-фильтр нижних частот, что может ограничить поло-
су пропускания всего устройства. Важно помнить, что искажения сигнала во вклю-
ченном канале, вызванные протеканием аварийного тока в выключенном канале,
могут оказать существенное влияние на работу всей системы.
2.2. Методы проверки интегральных коммутаторов и ключей
Основной способ контроля работоспособности ИС - проверка выполнения главных
функций. Если микросхема их не выполняет, ее нельзя считать работоспособной.
АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
Конечно, такое решение принимается тогда, когда вы измерили все напряжения, по-
ступающие на схему, проконтролировали правильность подключения заземления
(как указано в главе 1), а также убедились в исправности всех внешних компонен-
тов, в особенности проводных соединений. После проверки основных функций
измеряются параметры интегральной схемы. Далее описываются наиболее важные
параметры интегральных коммутаторов и ключей, а также способы их измерений.
2.2.1. Проверка основных функций
На рис. 2.3 приведена типовая схема включения ИС МАХ326/327 в качестве ин-
тегратора с программируемой постоянной времени (от 1 до 100 мс). На рис. 2.4.
показана схема расположения выводов этих микросхем. Логика управления ком-
мутацией представлена в табл. 2.1. Тестирование этого аналогового КМОП пере-
ключателя с крайне малым значением тока утечки выполняется путем подачи и от-
ключения напряжения +5 В на выводы управления каналами и одновременной
проверки срабатывания соответствующих ключей, для чего используется омметр,
подсоединенный к их выводам.
Рис. 2.3. Типовая схема включения ИС МАХ326/27
Примечание к рис. Звездочкой обозначены
логические входы управления.
Таблица 2.1. Логика управления коммутацией ИСМАХ326/27
Рис. 2.4. Расположение выводов
ИС МАХ326/27 (корпус DIP/
SO), вид сверху
Логика
0
1
МАХ326
Ключ
Замкнут
Разомкнут
Логика
1
0
МАХ327
Ключ
Замкнут
Разомкнут
2.2.2. Проверка тока утечки выключенного канала
На рис. 2.5 показана схема для измерения входного тока утечки выключенного
канала при наличии входного напряжения. На рис. 2.6 приведены типичные ре-
зультаты испытаний И С МАХ378. Как видно из графика, входной ток утечки вык-
люченного канала даже при входном напряжении большем, чем напряжение пи-
тания, не превышает 20 нА. Вольтметр, подключенный к выходу ИС, позволяет
судить о воздействии тока утечки выключенного канала на включенный канал. При
подсоединении резистора с сопротивлением 100 кОм к входу включенного канала это
воздействие характеризуется крайне низкой величиной (менее 0,1 мВ). Выходное
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ ГТГ
напряжение ИС ограничено внутренними фиксирующими схемами до уровня, ко-
торый примерно на 3 В ниже напряжения питания и может составлять от ±12 до
±15 В. При выключении питания напряжение на выходе ИС снижается до 0.
2.2.3. Проверка времени переключения
На рис. 2.7 и 2.8 приведены временные диаграммы и схема измерения времени пере-
ключения ИС МАХ326/27. На рис. 2.7 уровни логического сигнала соответствуют
Рис. 2.7. Временные диаграммы переключения
Рис. 2.8. Схема измерения времени
переключения
Рис. 2.5
Схема измерения входного тока утечки
Рис. 2.6
Ток утечки
выключенного
канала
ИСМАХ378
АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
ИС МАХ326; для схемы МАХ327 они должны быть проинвертированы. Измере-
ния по схеме рис. 2.8 следует повторить для аналоговых входов IN2, IN3 и IN4.
Значение времени включения tON должно находиться в пределах 500-1000 не,
а времени выключения - в пределах 50-500 не. В табл. 2.2 показано влияние на-
пряжения питания на скорость переключения ИС.
Таблица 2.2. Влияние напряжения питания на скорость переключения
Напряжение литания, В
Время включения, мке
Время выключения, не
±15
±10
±5
+10
+15
0,5
1
2.5
2.5
1,5
50
80
200
200
100
2.2.4. Измерение прямого сопротивления замкнутого ключа
На рис. 2.9 представлена основная схема измерения сопротивления замкнутого клю-
ча для ИС МАХ326/27. На рис. 2.10 показано изменение сопротивления замкнутого
ключа в зависимости от напряжения аналогового сигнала на входе при различных
напряжениях питания. Хотя в спецификации на ИС указано, что уровни сигналов
управления должны соответствовать стандартным уровням ТТЛ, на самом деле в дан-
ной микросхеме пороговые уровни срабатывания составляют 1,5±0,2 В. Эта ИС
обеспечивает правильную передачу сигнала при входном напряжении в пределах -
15...+15 В. Для любых интегральных схем нельзя допускать, чтобы значение напря-
жения логических сигналов управления превышало уровень напряжения питания!
9
б
Рис. 2.9. Схема измерения сопротивления
замкнутого ключа и его зависимости от уровня
аналогового сигнопа
Рис. 2.10. Зависимость
сопротивления замкнутого ключа
от величины аналогового сигнала
на входе при различных значениях
напряжения питания
2.2.5. Измерение тока утечки замкнутого ключа
На рис. 2.11 изображена основная схема измерения тока утечки замкнутого ключа
для ИС МАХ326/27. На рис. 2.12 показано, как изменяется ток утечки в зависи-
мости от температуры.
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ {~73~
Рис. 2.11. Схема измерения тока утечки
замкнутого ключа
2.2.6. Измерение тока утечки разомкнутого ключа
На рис. 2.13 приведена основная схема измерения токов утечки разомкнутого клю-
ча, то есть значений входного Is и выходного ID токов утечки разомкнутого ключа
ИС МАХ326/27. На рис. 2.14 показано, как изменяется входной ток утечки Is
в зависимости от температуры.
Рис. 2.13. Схема измерения токов утечки
разомкнутого ключа
-55 -35 -15 5 25 « 65 65 105 125
Температура,'С
Рис. 2.14. Экспериментальная
зависимость входного тока утечки
разомкнутого ключа от температуры
2.2.7. Проверка основных функций коммутатора
На рис. 2.15 и 2.16 показаны типовая схема включения и расположение выводов
ИС МАХ328/29. Табл. 2.3 и 2.4 соответствуют таблицам истинности ИС МАХ328
и МАХ329. Указанный аналоговый КМОП коммутатор с крайне низким значени-
ем тока утечки проверяется путем подачи и отключения напряжения +5 В на выво-
ды управления с одновременной проверкой замыкания и размыкания соответству-
ющих ключей. Для аналоговых входов можно использовать простое гармоническое
колебание, а сигнал на выходе операционного усилителя - измерить посредством
осциллографа.
Рис. 2.12. Экспериментальная
зависимость тока утечки
замкнутого ключа от температуры
АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
(разрешение включения коммутатора)
Рис 2.15. Типовая схема включения ИСМАХ328/329
Таблица 2.3. Таблица истинности микросхемы МАХ328
А2
X
0
0
0
0
1
1
1
1
А1
X
0
0
1
1
0
0
1
1
АО
X
0
1
0
1
0
1
0
1
EN
0
1
1
1
1
1
1
1
1
Замкнутый ключ
Нет
1
2
3
4
5
6
7
8
Таблица 2.4. Таблица истинности микросхемы МАХ329
А1
АО
EN
Замкнутый ключ
Нет
1
2
3
4
Примечание к табл. Логический 0 - не более 0.8 В, логическая 1 - не менее 2,4 В.
Рис. 2.16 Расположение
выводов ИС МАХ328/329
(корпус DIP/SO), вид
сверху
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ
2.2.8. Измерение времени задержки переключения каналов
относительно адресных сигналов
На рис. 2.17 и 2.18 показаны временные диаграммы и схема измерения времени
задержки переключения каналов относительно момента изменения сигналов на
адресных входах ИС МАХ328. Заметим, что на объединенные адресные входы
подается импульсный сигнал переключения.
Обычно время задержки переключения каналов не превышает 1 мкс для ИС
МАХ328/29М и 1,5 мкс для ИС МАХ328/29С/Е.
Рис. 2.17. Временные диаграммы
переключения
Рис. 2.18. Схема измерения времени задержки переключения
каналов
2.2.9. Время перекрытия переключаемых каналов
На рис. 2.19 и 2.20 показаны временные диаграммы и схема, предназначенная для
измерения времени перекрытия (одновременного замыкания) переключаемых ка-
налов ИС МАХ328. При измерении необходимо подавать импульсный сигнал на
адресные входы. Типичное время перекрытия для этой ИС составляет 0,2 мкс.
I Время
перекрытия
Рис. 2.19. Временные диаграммы
измерения времени перекрытия
при переключении каналов
Рис. 2.20. Схема измерения времени перекрытия
при переключении канапов
2.2.10. Измерение задержки переключения каналов
относительно сигнала разрешения переключения
На рис. 2.21 и 2.22 показаны схема для измерения задержки переключения каналов
относительно сигнала разрешения переключения (EN) и временные диаграммы для
АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
Рис. 2.22. Схема измерения задержки переключения каналов
относительна сигнала разрешения
ИС МАХ328. Обычно указанное время задержки при включении равно 1 мкс для
ИС МАХ328/29М и 1,5 мкс для ИС МАХ328/29С/Е.
2.2.11. Измерение заряда переключения
На рис. 2.23 и 2.24 показана схема для измерения заряда переключения и формы
сигналов для ИС МАХЗО1/3/5. На вывод управления подается импульсный сиг-
нал и определяется приращение выходного напряжения. Заряд переключения Q
вычисляется путем умножения значения приращения выходного напряжения на
выходную емкость. Обычно он составляет 10-15 пК.
Рис. 2.23. Схема измерения заряда
переключения
Q-(AV0KCL)
Рис. 2.24. Формы сигналов при измерении
заряда переключения
2.2.12. Измерение развязки разомкнутого ключа
На рис. 2.25 показана схема, а в табл. 2.5 приведены условия измерения развязки разом-
кнутого ключа для ИС МАХЗО 1/3/5. Развязка определяется как 20 lg VBX/VBbIx. Ти-
пичное значение развязки для этой ИС равно 72 дБ.
Частота, на которой проводятся измерения, и типы применяемых измеритель-
ных приборов (генератор сигналов и анализатор спектра) указаны в табл. 2.5.
Таблица 2.5. Типы применяемых измерительных приборов и частота измерения
Частота тестирования
Генератор сигнала
Анализатор
1 МГц
Автоматический синтезатор
Следящий спектр-анализатор
Рис. 2.21. Временные диаграммы
переключения
ОПИСАНИЕ АНАЛОГОВЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ
15V
_ Рис. 2.25
Стф~ Схема измерения развязки разомкнутого ключа
2.2.13. Измерение развязки между включенными каналами
На рис. 2.26 показана схема измерения развязки между включенными каналами
или отсутствия перекрестных помех) для ИС МАХЗО1/3/5. Как правило, у этой
1С развязка не менее 90 дБ.
Частота, на которой проводятся измерения, и типы применяемых измеритель-
ных приборов (генератор сигналов и анализатор спектра) указаны в табл. 2.6.
— -15V
100О
C-5pF
Рис. 2.26
Схема измерения развязки между
включенными каналами
Таблица 2.6. Типы применяемых измерительных приборов и частота измерения
Частота тестирования
Генератор сигнала
Анализатор
1 МГц
Автоматический синтезатор
Следящий спектр-анализатор
2.2.14. Емкость канала
На рис. 2.27 и 2.28 показаны схемы, предназначенные для измерения емкости ка-
нала, находящегося соответственно во включенном и выключенном состоянии.
Обычно емкость включенного канала составляет 12 пФ, а выключенного - 39 пФ.
2.3. Описание аналоговых коммутаторов и ключей
2.3.1. Входные каскады устройства сбора данных
На рис. 2.29 показана типичная система сбора данных с использованием коммутато-
ра МАХ358. В связи с тем, что эта микросхема работает на высокоомный вход опера-
ционного усилителя, напряжение ошибки будет равно произведению сопротивления
*78~1 АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
Рис. 2.27. Схема измерения емкости включенного Рис. 2.28. Схема измерения емкости
канала выключенного канала
открытого канала и суммы значении тока утечки коммутатора и входного тока
усилителя:
VERROR - RDS(ON) X Pi*») + W^^ 420I = 15 КОм Х B НА + 30 ПА) = 3'05 МКВ"
Полученная величина определяет максимальную погрешность этой схемы.
Рис. 2.29. Типовая схема устройства сбора данных на базе ИС МАХ358
2.3.2. Система сбора данных с защищенным дифференциальным
входом
На рис. 2.30 и 2.31 приведены типовая схема включения и расположение выводов
ИС МАХ368/69. Табл. 2.7 и 2.8 представляют собой таблицы истинности для ИС
МАХ368/69. Как видно из рис. 2.32, аналоговые коммутаторы с защитой по вхо-
дам снабжены триггерами-защелками, вот почему для управления этими схемами
необходимы раздельные сигналы записи и сброса На рис. 2.33 показан вариант
применения вышеописанных ИС в схеме шинного интерфейса. В табл. 2.9 приве-
дены типичные значения развязки для выключенных каналов, в табл. 2.10 - зна-
чения уровня подавления перекрестных помех. Данные в таблицах соответствуют
ОПИСАНИЕ АНАЛОГОВЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ
включению как одного, так и всех каналов коммутатора одновременно. (См. «Maxim
New Releases Data Book», 1992, p.p. 1-31, 1-37, 1-40,1-44,1-46,1-47.)
Таблица 2.7. Таблице истинности микросхемы МАХ368
А2
А1
АО
EN
WR
RS
Замкнутый ключ
Запись данных
из 0 в 1 1 Ключи остаются в прежнем положении
Сброс
х 0 Нет (триггеры-защелки сброшены)
Режим работы без записи
X
0
0
0
0
1
1
1
1
X
0
0
1
1
0
0
1
1
X
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Нет
1
2
3
4
5
6
7
8
Таблица 2.8. Таблица истинности микросхемы МАХ369
А1
АО
EN
WR
RS
Замкнутый ключ
Запись данных
из 0 в 1 1 Ключи остаются в прежнем положении
Сброс
х О Нет (триггеры-защелки сброшены)
Рис. 2.30. Система сбора данных с защищенным
дифференциальным входом
Рис. 2.31. Расположение
выводов ИСМАХ368/69,
вид сверху
АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
Таблица 2.8. Таблица истинности микросхемы МАХ369 (окончание)
А1
АО
EN
WH
Ks
Замкнутый ключ
X
0
0
1
1
X
0
1
0
1
0
1
1
1
1
Режим работы без записи
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
Нет
1
2
3
4
Рис. 2.32. Упрощенной структурная схема ИС МАХЗ 68/69
Рис. 2.33. Включение ИСМАХ368/69 в схему шинного интерфейса
Таблица 2.9. Значения развязки для разомкнутых ключей в ИСМАХ368/69
Частота
Включен один канал
Включены все каналы
100 кГц
74 дБ
64 ДБ
500 кГц
72 дБ
48 дБ
1 МГц
66 дБ
44 дБ
ОПИСАНИЕ АНАЛОГОВЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ
"облица 2.10. Уровень подавления перекрестных помех в ИС МАХ368/69
Частота
Включен один канал
Включены все каналы
100 кГц
74 дБ
64 дБ
500 кГц
72 дБ
48 ДБ
1 МГц
66 ДБ
44 ДБ
2.3.3. КМОП коммутатор радио- и видеосигналов
На рис. 2.34 показана типовая схема включения микросхемы МАХ310. Это вось-
миканальный коммутатор, в котором практически отсутствуют потери аналогово-
сигнала. Отличительная особенность данной ИС - высокий уровень развязки
между каналами на высоких частотах. Так, на частоте 5 МГц гарантированная раз-
вязка между входом любого закрытого канала и выходом схемы составляет не
ыенее -66 дБ. При напряжении питания ±15 В входной сигнал должен находить-
ся в пределах +12...-15 В. Потребляемая мощность не превышает 1,1 мВт. Все
управляющие входы совместимы как с ТТЛ, так и с КМОП микросхемами. Деко-
дирование выполняется в стандарте BCD (двоично-кодированные данные). Вход
разрешения используется для каскадного соединения микросхем, которые могут
нормально функционировать при подаче любой комбинации напряжений пита-
ния, если только его суммарный размах не превышает 36 В (от V+ до V-), в том
числе при подаче на положительный вывод питания V+ напряжения +12, +15 или
+28 В и заземлении отрицательного вывода питания V—. (См. «Maxim High-Relia-
bility Data Book», 1993, p. 1-1.)
2.3.4. Коммутатор повышенной надежности
На рис. 2.35 показано, как построить надежную схему коммутации аналоговых
сигналов на базе микросхем МАХ328/29 (см. рис. 2.15 и 2.16). Внутренние диоды
Рис. 2.34
Типовая схема включения ИС МАХЗЮ/11
S7 Рис. 2.35
S6 Коммутатор с повышенной надежностью
на базе микросхем МАХ328/29
АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
обеспечивают ограничение входного напряжения на уровне ±15,7 В (при напря-
жении питания ±15 В). При этом подключение внешних диодов не требуется. При
поступлении на входы схемы переменного напряжения до 120 В мощность, рассе-
иваемая на токоограничивающих резисторах, не превышает 0,28 Вт. (См. «Maxim
High-Reliability Data Book», 1993, p. 1-6.)
2.3.5. Усилитель с программируемым коэффициентом усиления
На рис. 2.36 и 2.37 показаны типовая схема включения и расположение выводов
ИС МАХ334, а в табл. 2.11 - логика работы управляющих входов (выводы 1, 8,9
и 16). Данная ИС полностью взаимозаменяема с ИС Siliconix DG271 и HI-201HS.
Микросхема гарантированно обеспечивает время включения не более 100 не, вре-
мя выключения не более 50 не и сопротивление открытого канала не более 50 Ом.
На схему можно подавать однополярное (от +5 до +30 В) или двуполярное (от ±5 до
±15 В) питание без заметного влияния на скорость переключения или совместимость
с ТТЛ и КМОП схемами. (См. «Maxim High-Reliability Data Book», 1993, p. 1-17.)
Таблица 2.11. Таблица истинности для управляющих входов ИС МАХ334
Ключ
Замкнут
Разомкнут
2.3.6. Ослабление влияния емкостной нагрузки
На рис. 2.38 показана буферная схема, обеспечивающая работу коммутатора на боль-
шую емкостную нагрузку. (См. «Maxim High-Reliability Data Book», 1993, p. 1-46.)
Рис. 2.38
Буферная схема для коммутатора, работающего
Рис. 2.37. Расположение выводов
ИС МАХ334, вид сверху
Рис. 2.36. Применение ИС МАХ334 в схеме усилителя
с программируемым усилением
ОПИСАНИЕ АНАЛОГОВЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ
2.3.7. Компенсация фазовых искажений
На рис. 2.39 приведена схема компенсации фазовых искажений на выходе комму-
татора. (См. «Maxim High-Reliability Data Book», 1993, p. 1-46.)
Емкость, отмеченная звездочкой, подбирается при регулировке по минимуму
фазовых искажений.
Рис. 2.39
Схема компенсации фазовых искажений на
выходе коммутатора
2.3.8. Восьмиканальная схема коммутации дифференциальных
сигналов с последовательным переключением каналов
На рис. 2.40 и 2.41 показаны типовая схема включения и расположение выводов
ИС МАХ7501/02/03. Здесь И С выступает в качестве коммутатора (8X1) или пе-
реключателя AX8) в зависимости от варианта использования аналоговых входов
и выходов. Переключение каналов осуществляется последовательно по сигналам,
поступающим от ИС DM7493, которая работает под управлением внешнего так-
тового генератора. (См. «Maxim High-Reliability Data Book», 1993, p. 1-47.)
EN IN
(разрешение включения коммутатора)
Рис. 2.40. Применение ИС МАХ7501 /03
в типовой схеме восьмиканального
двунаправленного коммутатора сигнолов
с последовательным переключением каналов
Рис. 2.41. Расположение
выводов ИС МАХ7501/02/03
(корпус DIP], вид сверху
АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
2.3.9.16-канальная схема коммутации дифференциальных сигналов
с последовательным переключением каналов
На рис. 2.42 и 2.43 представлены типовая схема применения и расположение вы-
водов ИС МАХ7506/07. Данные ИС аналогичны показанной на рис. 2.41, но ком-
мутирует 16 каналов. (См. «Maxim High-Reliability Data Book», 1993, p. 1-49.)
Рис. 2.42
Типовая схема включения ИС МАХ7507
2.3.10. Схема выборки-хранения
На рис. 2.44 и 2.45 показаны ИС IH5040 - IH5045/47 в типовой схеме выборки-
хранения и назначение выводов одноканального ключа IH5040-SPST (Single-
pole, Single-throw - однополюсный переключатель на одно направление). Эти
КМОП схемы общего применения обеспечивают выборку и хранение анало-
гового сигнала при токе утечки менее 1 нА и токе потребления в состоянии покоя
менее 1 мкА. Причем на рис. 2.44 показан оптимальный вариант построения схемы
ОПИСАНИЕ АНАЛОГОВЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ
Рис. 2.44. Типовая схема применения ИСIH5043
Рис. 2.45. Назначение
выводов и схема
управления ключом
в ИС IH5040-SPST
выборки-хранения на базе ИС IH5043. (См. «Maxim High-Reliability Data Book»,
1993, p. 1-153.)
2.3.11. Восьмиканальный переключатель с управлением
по последовательному интерфейсу
На рис. 2.46, 2.47 и в табл. 2.12 представлены соответственно функциональная
схема ИС МАХ335, расположение ее выводов и их назначение. На рис. 2.48 при-
ведены временные диаграммы переключения каналов, а на рис. 2.49 - временные
диаграммы работы микросхемы при использовании последовательного трехпро-
водного интерфейса. В табл. 2.13 даны коды переключения каналов, используемые
последовательным интерфейсом. В этой микросхеме имеется 8 однополюсных
независимо управляемых двунаправленных ключей, у которых сопротивление
открытого канала (равное примерно 100 Ом) остается постоянным во всем диапа-
зоне амплитуд входного аналогового сигнала. Все ключи нормально работают при
напряжении питания от ±4,5 до ±20 В и передают аналоговые сигналы в обоих на-
правлениях. При включении питания ключи остаются в закрытом состоянии, а все
последовательные и параллельные внутренние регистры сбрасываются в нуле-
вое состояние. Микросхема эквивалентна двум счетверенным ключам DG211, но
управляется сигналами по последовательному интерфейсу, который совместим
как со схемами Motorola SPI (рис. 2.50), так и со схемами Microwave (рис. 2.51).
Соединение DOuj-MISO необязательно (может использоваться для организации
эхо-канала). Работая подобно регистру сдвига, ИС осуществляет прием данных на
входе Б1]чт по фронту тактовых импульсов (SCLK). Наличие выхода регистра сдвига
(D0UT) позволяет объединять несколько микросхем МАХ335 либо в последователь-
ную цепь (рис. 2.52), либо в группу параллельно адресуемых ключей, присоединя-
емых к общей шине последовательного интерфейса (рис. 2.53). В описываемых
схемах выбросы на аналоговых выходах от переходных процессов при цифровом
управлении переключением каналов обычно не превышают 10 мВ (от пика до
пика) при емкости нагрузки в каналах до 100 пФ. (См. «Maxim New Releases Data
Book», 1995, p.p. 1-59, 1-64, 1-65, 1-66, 1-67, 1-68.)
1П АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
Рис 2.46. Функциональная схема ИС МАХ335
Рис 2.47. Расположение выводов ИС
МАХ335 (корпус DIP/SO), вид сверху
Таблица 2.12. Назначение выводов ИСМАХ335
Вывод
Обозначение
Назначение
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
SCLK
V+
DIN
GND
NO0
СОМО
N01
СОМ1
N02
О0М2
N03
COM3
COM4
NO4
С0М5
N05
С0М6
N06
С0М7
N07
V-
DOUT
VL
CS
Вход синхросигнала
Напряжение питания положительной полярности
Вход последовательного кода
«Земля»
Ключ О
Ключ О
Ключ1
Ключ1
Ключ 2
Ключ 2
КлючЗ
КлючЗ
Ключ 4
Ключ 4
Ключ 5
Ключ 5
Ключ 6
Ключ 6
Ключ 7
Ключ 7
Напряжение питания отрицательной полярности
Выход последовательного кода
Питание логики/сброс
Выбор ИС
ОПИСАНИЕ АНАЛОГОВЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ VW
Рж.2.48. Временные диаграммы переключения каналов ИС МАХ335
Рис. 2.49
Временные диаграммы работы ИСМАХ335
с управпением по последовательному трехпровод-
ному интерфейсу
Рис. 2.50. Схема соединения входов
управления ИС МАХ335 с шиной
SPI-порта фирмы Motorola
Рис. 2.51. Схема соединения входов
управления ИС МАХ335 с шиной порта
Microwire
рЙГ) АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
Таблица 2.13. Коды переключения каналов, используемые последовательным интерфейсом ИСМАХ335
Значения разрядов последовательного кода
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 DO
Состояние ключей (каналов)
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
Ключ 7 разомкнут (выключен)
Ключ 7 замкнут (включен)
Ключ 6 разомкнут
Ключ 6 замкнут
Ключ 5 разомкнут
Ключ 5 замкнут
Ключ 4 разомкнут
Ключ 4 замкнут
Ключ 3 разомкнут
Ключ 3 замкнут
Ключ 2 разомкнут
Ключ 2 замкнут
Ключ 1 разомкнут
Ключ 1 замкнут
Ключ 0 разомкнут
Ключ 0 замкнут
Рис 2.52. Последовательное соединение нескопьких ИС МАХ335
2.3.12. Коммутатор 8X1 на ИС МАХ335
Да? того чтс&ы нскользовагь микросхему МАК335в качестве коммутатора 8X1,
необходимо соединить между собой все стоки каналов от СОМО до С0М7, тогда
входами коммутатора будут входы ключей от N00 до N07. Затем нужно подать на
вход DIN один импульс с амплитудой +3 В. Так как вход синхронизируется через
регистр сдвига посредством тактовых импульсов SCLK, то каждый ключ включит-
ся последовательно один за другим.
2.3.13. Дифференциальный коммутатор 4X2 на ИС МАХ335
Для того чтобы использовать микросхему МАХ335 в качестве дифференциально-
го коммутатора 4X2, необходимо соединить между собой стоки каналов от СОМО
ОПИСАНИЕ АНАЛОГОВЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ
Рис. 2.53. Параллельное подключение нескольких микросхем МАХ335 к общей шине трехпроводного
••перфейса
по COM3, а также от COM4 по СОМ7. Пары дифференциальных входов схемы
будут выглядеть следующим образом: (N00, N04), (N01, N05), (N02, N06) и (N03,
\07). На рис. 2.54 показано, как управлять последовательным входом DIN, чтобы
на каждом такте включалась очередная пара ключей для передачи дифференци-
ального сигнала. При этом сигнал CS выбора кристалла удерживается в состоянии
логического 0 в течение четырех тактовых импульсов. Первый тактовый импульс
каждой четверки задает момент включения пятого ключа, а второй импульс - мо-
ыент включения первого. Перед началом очередного цикла опроса сигнал CS пе-
реходит в состояние логической 1 и все ключи запираются. Затем он возвращается
в состояние логического 0, давая возможность очередной четверке тактовых им-
пульсов SCLK переключать дифференциальные пары ключей (SI, S5 и т.д.), пос-
ie чего снова переходит в состояние логической 1 и т.д.
Рис. 2.54
Управление последовательным входом
при использовании микросхемы МАХ335
в качестве коммутатора 4X2
2.3.14. Однополюсные переключатели на два направления на ИС МАХ335
Чтобы использовать микросхему МАХ355 в качестве однополюсного переключа-
теля на два направления (SPDT), соедините вывод СОМ0 с N01, после чего выво-
ды N00 и СОМ1 станут входами, а выводы СОМ0 и N01 - общим выходом. Таким
образом, в каждой ИС может быть сформировано до четырех однополюсных пе-
реключателей на два направления. Дальнейшее увеличение числа переключателей
достигается путем последовательного соединения нескольких микросхем МАХ355. На
рис. 2.55 приведена временная диаграмма сигналов последовательного управления
АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
Рис. 2.55. Управление
последовательным входом при
работе ключей микросхемы МАХ335
в качестве однополюсных
двунаправленных переключателей
работой ключей микросхемы М АХ335 в качестве од-
нополюсных переключателей на два направления.
Сигнал CS выбора кристалла удерживается на
низком уровне в процессе последовательной вы-
борки ключей, затем переходит на высокий уро-
вень на время обновления данных на аналоговых
входах, после чего вновь возвращается на низкий
уровень в период поступления очередных такто-
вых импульсов и далее по циклу
2.3.15. ИС защиты многоканальных линий передачи сигналов
с ключами повышенной надежности
На рис. 2.56 и 2.57 показаны типовая схема включения и расположение выводов
И С МАХ366, а на рис. 2.58 - расположение выводов И С МАХ367. Эти микросхе-
мы содержат определенное число защитных двухполюсников. Каждый из них,
Рис. 2.56. Типовая схема включения ИС МАХ366
Рис. 2.57. Расположение
выводов ИС МАХ366
(корпус DIP/SO), вид сверху
лллжллл
ШХ367
Рис 2.58. Расположение
выводов ИС МАХ367 (корпус
DIP/SO), вид сверху
включенный последовательно в линию передачи сигнала,
обеспечивает предохранение чувствительных компонен-
тов схемы от повреждений входным напряжением, пре-
вышающим уровень номинального напряжения пита-
ния. Микросхемы используются в интерфейсах между
чувствительными схемами и внешними устройствами,
где могут формироваться опасные выбросы напряжения
(до ±35 В сверх номинального значения) во время вклю-
чения, выключения или аварийного состояния источника
питания. Кроме того, такие И С могут применяться для за-
щиты как цифровых, так и аналоговых цепей при исполь-
зовании однополярных E-44 В) или двуполярных (от ±5
до ±22 В) источников питания. Рассматриваемые ИС
фактически представляют собой защитные ключи, всегда
находящиеся в рабочем состоянии при подаче напряже-
ния питания. Сопротивление такого ключа в открытом
ОПИСАНИЕ АНАЛОГОВЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ
состоянии не превышает 100 Ом (максимально), ток утечки - менее 1 нА при
температуре +25 "С. Если напряжение сигнала достигает или превышает уровень,
установленный на 1,5 В ниже напряжения питания, а также в случае отключения
питания сопротивление защитной цепи резко возрастает, фактически размыкая
игнальную цепь. Это обеспечивает малый ток в сигнальной цепи даже при ава-
рийном состоянии внешнего источника сигнала. Защитная часть ИС обеспечивает
требуемую полярность сигнала и удерживает его на 1,5 В ниже уровня напряжения
питания. Эти схемы не создают даже кратковременных выбросов в сигнальных
цепях при смене полярности питания и возникновении аварийных ситуаций. Кроме
того, в данной ИС предусмотрена защита от электростатического разряда с потенци-
алом более 2 кВ. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p.p. 1-109,1-110.)
3. СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
В этой главе рассмотрены устройства и применяемые в них интегральные схемы
(передатчики, приемники и приемопередатчики), выполняющие функции сопря-
жения цифровых устройств с внешней аппаратурой. Существует мнение о том, что
единственная задача при выборе схемы сопряжения - это поиск интерфейсной ИС
с необходимым количеством каналов. Однако есть и другие проблемы, влияющие
на работу системы в целом. Им и посвящена эта глава.
3.1. Длина кабеля
В старом стандарте на интерфейс RS-232C максимальная длина кабеля ограниче-
на 50 футами1. Более поздний стандарт EIA-232D требует, чтобы емкость кабеля
не превышала 2500 пФ. Такое изменение параметров (от длины кабеля к его емко-
стным характеристикам) вызвано одной из особенностей интерфейса RS-232C.
Этот стандарт не только не учитывает емкостные свойства кабеля, но и устанав-
ливает ограничение на его длину, что часто не принимается во внимание разработ-
чиками.
Стандарт EIA-232D учитывает длину кабеля косвенно, через емкость нагрузки,
не оговаривая прямо его максимальную протяженность. Так как удельная емкость
кабеля может меняться от 12 пФ/фут для простой витой пары до 30 пФ/фут для
малошумящего экранированного кабеля, при определении максимальной длины
линии связи имеется некоторая неопределенность.
Емкость кабеля имеет большое значение во время передачи сигналов переменно-
го тока. При ее возрастании от передатчика требуется увеличение амплитуды пе-
редаваемого тока, что, в свою очередь, приводит к росту среднего значения тока
потребления при данной скорости передачи сигналов (см. рис. 3.1). К тому же
комплексное сопротивление кабеля и выходное комплексное сопротивление пере-
датчика образуют делитель переменного тока. И чем выше емкость кабеля, тем
ниже его комплексное сопротивление и, следовательно, меньше амплитуда сигнала
' 1 фут - 304,8 мм. - Прим. научн. ред.
ДЛИНА КАБЕЛЯ
на выходе передатчика (см. рис. 3.2). Такие потери сигнала становятся существенной
проблемой, если значение напряжения на приемном конце падает ниже уровня 5 В,
минимально допустимого для нормальной работы большинства цифровых устройств.
Наконец, емкость кабеля ограничивает максимальную скорость нарастания (спа-
да) выходного напряжения передатчика сигналов (см. рис. 3.3). Этот параметр
пределяет время переключения между уровнями сигналов +3 и -3 В (более под-
робно он рассматривается в главе 6). В соответствии с Рекомендацией МККТТ
V.28, а также стандартами RS-232C и EIA-232D время переключения ограничива-
ет максимальную скорость передачи данных (см. табл. 3.1).
Простейший способ определения максимально допустимой длины кабеля для
интерфейсной (по EIA-232D) ИС приемопередатчика - разделить предельно до-
пустимую емкость нагрузки (в соответствии со стандартом - 2500 пФ) на значе-
ние удельной емкости применяемого кабеля. Затем, если длина реального кабеля
превышает это расчетное значение, следует проверить качество работы при под-
ключенном кабеле и убедиться, что приемопередатчик функционирует в заданном
режиме и обеспечивает максимальную (в соответствии со стандартом) скорость
передачи данных.
МАХ220 от емкости нагрузки
при работе двух передатчиков
Таблица 3.1. Сравнение максимально допустимого времени переключения для стандартов RS-232C
EIA-232D и Рекомендации МККТТ V.28
Максимальная скорость
нарастания напряжения
Макс, время переключения
при скорости передачи:
< 40 бит/с
< 30 бит/с (только для V.28)
от 40 бит/с до 8 Кбит/с
> 8 Кбит/с
RS-232C
30 В/мкс
1 мс
-
4% межбитового
интервала
4% межбитового
интервала
EIA-232D
30 В/мкс
1 мс
-
4% межбитового
интервала
5 мкс
МККТТ V.28
30 В/мкс
-
1 мс
3% межбитового
интервала
3% межбитового
интервала
Рис. 3.2. Зависимость выходного
нагрузки при работе
двух передатчиков
СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
На рис. 3.4 видно, что можно повысить скорость передачи данных по сравне-
нию с указанной в стандартах (см. табл. 3.1). Увеличение длины кабеля ведет
к росту емкости линии и возрастанию времени переключения сигнала, что огра-
ничивает, таким образом, скорость передачи данных. Тем не менее вы можете за-
метно увеличить длину кабеля и скорость передачи данных по сравнению с огра-
ничениями, установленными стандартом EIA-232D.
Рис. 3.3. Зависимость скорости
нарастания выходного нопряжения от
емкости нагрузки для МАХ220/232А/
233А/242/243
Рис. 3.4. Зависимость максимольно допустимого
времени переключения от интервало между битами
для стандортов RS-232C, EIA-232D и Рекомендации
MKKTTV.28
3.2. Снижение потребляемой мощности и режим отключения
Различные виды портативного оборудования - от считывателей штрихового кода
до подводных регистраторов данных - используют линии связи по стандарту EIA-
232D. Минимальный уровень энергопотребления - одно из основных требований
к изделиям такого рода, так как большинство портативных устройств имеет бата-
рейное питание. Снижение потребляемой мощности приемопередатчиками, ис-
пользующими интерфейс EIA-232D, становится важным фактором, так как по
мере уменьшения тока потребления в микросхемах КМОП расход энергии в схе-
мах интерфейса составляет существенную часть от общего уровня энергопотреб-
ления (схемы на элементах КМОП применяются в большинстве портативных
устройств из-за пониженной потребляемой мощности по сравнению с биполяр-
ными структурами).
Очевидный способ снижения уровня энергопотребления - отключить все или
часть устройства при появлении такой возможности. Однако в некоторых случаях
линии трансляции сигнала должны постоянно находиться в активном режиме.
Тогда необходимо выбирать приемопередающие схемы с минимальным потребле-
нием тока в состоянии покоя. В тех случаях, когда работа происходит с прерыва-
нием и входные цепи могут периодически отключаться, следует применять при-
емопередатчики с минимальным током в режиме отключения.
Для сравнения на рис. 3.5 показаны уровни потребления энергии различными
интерфейсными ИС фирмы Maxim. Хотя токи потребления микросхем М АХ222/242
ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РАЗВЯЗКА ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧ |~95~
и МАХ232 А/233 А/243 в непрерывном режиме одинаковы A3,5 мА), в режиме
прерывания среднее значение тока, потребляемого ИС МАХ222/242, меньше для
любого рабочего цикла (соотношение времени передачи и времени отключения),
о чем свидетельствует наклонная линия. С другой стороны, ИС МАХ220,
у которой нет режима отключения, имеет преимущество перед ИС МАХ222/242,
когда передача данных занимает более двух тре-
тей F7%) времени рабочего цикла (что демон-
стрирует вертикальная пунктирная линия).
При этом необходимо учитывать, что сравне-
ние указанных уровней потребления энергии
ограничено скоростью 40 Кбит/с, которая пре-
дельна для МАХ220. Итак, при выборе схем
интерфейса по стандарту EIA-232D, принимая
во внимание снижение потребления энергии,
необходимо учитывать конкретное применение
и соотношение времени передачи и времени от-
ключения. Так, например, ИС МАХ220 имеет
ток покоя 0,5 мА, а ИС МАХ222/242 - ток по-
требления 1 мкА в режиме отключения.
33. Гальваническая развязка линий передач
Обычно в телекоммуникационных системах для защиты сети от последствий вме-
шательства пользователей при некорректном подключении применяется гальвани-
ческая развязка линий передачи данных. Этот же способ используется для защиты
оборудования при отказах в работе аппаратной части в линиях с интерфейсом El A-
232D, связывающих, например, медицинскую аппаратуру, осуществляющую на-
блюдение за состоянием пациента, регистраторы данных и управляющие ЭВМ.
Причем гальваническая развязка не только обеспечивает безопасность, но и спо-
собна улучшить характеристики системы в целом.
Так, на линии, связывающие по интерфейсу EIA-232D компьютер в одном зда-
нии и терминалы в другом, могут влиять шумы токов заземления, возникающие
из-за разницы потенциалов точек заземления зданий (что чаще всего и бывает).
Эту проблему может решить гальваническая развязка с напряжением изоляции
100 В. Иногда при размещении устройств в промышленной зоне требуется галь-
ваническая развязка с напряжением изоляции 1500 В и более.
Передача цифровых данных по линиям с гальванической развязкой обычно свя-
зана с применением трансформаторов и оптронов (см. рис. 3.6а). Трансформатор
обеспечивает подачу питания на другую сторону изолирующего барьера, а оптро-
ны - передачу данных через барьер. Однако при этом возникают некоторые про-
блемы. Светодиоды оптронов (особенно высокоскоростных) требуют большего
тока, чем могут обеспечить обычные логические схемы. В результате приходится
подключать выходы ИС параллельно или добавлять буферные ИС. Кроме того,
изолированный источник питания должен быть довольно большим, так как стан-
дартным микросхемам интерфейса EIA-232D необходимо, кроме подачи напряже-
ния питания +5 В, еще и ±12 В.
Рис 3.5. Токи потребления ИС фирмы
Maxim
СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Один из вариантов решения этих проблем - применение комплектов интерфейс-
ных ИС МАХ250/251 (рис. 3.6а). Эти микросхемы содержат два передатчика
EIA-232D и соответственно два приемника, схему для получения изолирован-
ных питающих напряжений из основного (неизолированного) источника пита-
ния +5 В и цепи сопряжения с внешними оптронами для приема/передачи сиг-
налов.
Остается только обеспечить подачу питания, установить изолирующий транс-
форматор с коэффициентом трансформации 1:1 и несколько пассивных элемен-
тов, чтобы организовать двойной приемопередающий порт по стандарту EIA-232D
с гальванической развязкой.
Альтернативное решение - применение только одной ИС для организации интер-
фейса, например МАХ252 (рис. 3.66). Здесь все необходимые элементы интерфейса
размещены в стандартном 40-выводном корпусе DIP, кроме того, ИС обеспечивает
гальваническую развязку линии передачи с напряжением изоляции 1500 В.
3.4. Сравнение стандартов на интерфейсы
В табл. 3.2 представлены сравнительные характеристики интерфейсов по стандар-
там EIA-232D, EIA-423A, EIA-422A, RS-485.
Таблица 3.2. Сравнительные характеристики интерфейсов
Режим работы
Допустимое количество
передатчиков и приемников
на линию передачи данных
Максимальная длина кабеля
Максимальная скорость
передачи данных
Диапазон выходного сигнала
нагруженного передатчика:
минимальный
максимальный
Максимальный ток короткого
замыкания передатчика
Нагрузочное сопротивление
передатчика
Мгновенное значение
скорости нарастания
напряжения
Чувствительность входа
приемника
Минимальное входное
сопротивление приемника
Диапазон входного
сигнала приемника
EIA-232D
Передача данных
между двумя
устройствами
1 передатчик.
1 приемник
Зависит от
нагрузки
20 Кбит/с
±5 В
±15 В
500 мА
3-7 кОм
< 30 В/мкс
±ЗВ
3-7 кОм
±25 В
EIA-423A
Передача данных
между двумя
устройствами
1 передатчик.
1 приемник
4000 футов
100 Кбит/с
±3.6 В
±5.4 В
150 мА
450 0м
-
±200 мВ
4к0м
±12 В
EIA-422A
Передача данных
между несколькими
устройствами
1 передатчик,
10 приемников
4000 футов
10 Мбит/с
±2 В
±5 В
150 мА
100 Ом
-
±200 мВ
4кОм
+7 В
RS-485
Передача данных
между несколькими
устройствами
32 передатчика,
32 приемника
4000 футов
10 Мбит/с
±1,5 В
±5 В
250 мА
54 0м
-
±200 мВ
12кОм
От-7 до+12 В
ПРОВЕРКА И ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС [W
Рис. 3.6. Организация интерфейса по стандарту EIA-232D с гальванической развязкой:
а) применение комплектов интерфейсных ИС МАХ250/251; б) структурная схема ИС МАХ252
3.5. Проверка и поиск неисправностей интерфейсных ИС
Наиболее удобный способ контроля работоспособности интерфейсных ИС в дей-
ствующих устройствах - проверка выполнения ими основных функций. Если ИС
не может их выполнить, значит, она неисправна. Конечно, предполагается, что вы
4 Зак. 733
~98~| СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
проверили все напряжения, поступающие на схему, и правильность подключения
заземления (как указано в главе 1), а также убедились в исправности внешних
компонентов (особенно проводных соединений!). После контроля работоспособ-
ности проверяются все необходимые характеристики ИС. В следующих разделах
описаны наиболее важные параметры интерфейсных ИС.
3.6. Проверка работоспособности
На рис. 37 и 3.8 показаны типовая схема включения и расположение выводов ИС
МАХ220. Эта микросхема обеспечивает интерфейс по стандарту EIA-232D (передат-
чик/приемник) и имеет напряжение питания +5 В. Она подходит для использования
в системах, разработанных в соответствии с Рекомендациями V.28/V.24. Чтобы про-
верить работоспособность ИС, сравните формы сигналов на входах и выходах всех
четырех каналов. Теоретически они должны быть идентичны, за исключением воз-
можных задержек. На рис. 3.9 и ЗЛО показаны примеры определения задержки сигна-
лов для передатчиков и приемников. Например, для приемника ИС М АХ220 они обыч-
но составляют 0,6 мкс (максимум 3 мкс), для передатчика - 4 мкс (максимум 10 мкс).
Если в одном или нескольких (но не во всех) каналах выходной сигнал отсут-
ствует, искажен или имеет чрезмерную задержку, возможно, ИС неисправна. Если
сигналы не соответствуют норме на выходах всех четырех каналов и на 16-м вы-
воде имеется напряжение +5 В, проверьте все четыре конденсатора (с Cl no C4).
Они используются в схемах удвоения и инвертирования напряжения питания ИС.
Если конденсаторы исправны, напряжение питания +5 В подведено к ИС, но сиг-
налы на выходе одного или всех каналов не соответствуют норме, то, скорее всего,
неисправна микросхема.
Рис 3.7. Расположение
выводов ИС МАХ220
(корпус DIP/SO), вид сверху
Рис. 3.8. Типовая схема включения ИС МАХ220
ПРОВЕРКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ 1~99~
Рис 3.9. Определение задержки сигнала
-/ередатчика
Рис 3.10. Определение задержки сигнала
приемника
3.6.1. Проверка работы в режимах разрешения/запрета и отключения
рис. 3.11 и 3.12 показаны типовая схема включения и расположение выводов
С МАХ242. Эта микросхема подобна ИС МАХ220. Однако отличается воз-
жностью разрешения или запрещения работы приемных каналов, а также полно-
отключения всех четырех каналов при помощи внешних сигналов. На рис. 3.13
3.14 представлены схемы проверки режимов разрешения/запрета (для прием-
х каналов) и отключения (для передающих каналов), а также формы соответ-
ующих сигналов.
Рис. 3.11. Расположение
выводов ИС МАХ242
(корпус DIP/SO), вид сверху
Вое конденсаторы по 0,1 цР
Рис. 3.12. Типовая схема включения ИС МАХ242
3.6.2. Проверка тока потребления в режиме отключения
На рис. 3.15 показана схема проверки тока потребления в режиме отключения для
И С МАХ230/35/36. В данном случае этот ток измеряется на выводе Vcc, куда по-
дается напряжение питания. Для рассматриваемых ИС ток потребления в режиме
отключения обычно равен 1 мкА (максимум 10 мкА).
[Tool СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.13* Проверка режимов разрешения/
запрета для приемных каналов
Рис. 3.14. Проверка режима отключения
для передающих каналов
3.6.3. Проверка скорости нарастания выходного напряжения
при переключении
На рис. 3.16 и 3.17 показаны схемы измерения скорости нарастания выходного
напряжения при переключении для ИС МАХ200/11/13 (о скорости нараста-
ния выходного напряжения более подробно
рассказывается в главе 6). Для рассматривае-
мых ИС скорость нарастания выходного на-
пряжения обычно равна 5,5 В/мкс (максимум
30 В/мкс).
3.6.4. Проверка в режиме замкнутой петли
На рис. 3.18 приведена схема проверки ИС
МАХ3241 в режиме замкнутой петли (С, - С, *=
= ОД мкФ). Результаты проверки для скоростей
120 и 240 Кбит/с показаны соответственно на
рис. 3.19 и 3.20. Отметим, что сигнал подается на
вход передатчика и формы сигналов наблюда-
ются как на его выходе (соединенном с входом
приемника), так и на выходе приемника.
Рис. 3.15. Схема измерения тока
потребления в режиме отключения
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ГТоТ
Рис. 3.16. Схема измерения
минимальной скорости нарастания
выходного напряжения
Рис. 3.17. Схема измерения
максимальной скорости нарастания
выходного напряжения
Рис. 3.18. Схема проверки ИС МАХ3241
в режиме замкнутой петли
3.7. Описание интерфейсных ИС
3.7.1. Передача данных по стандарту RS-485/422 с гальванической развязкой
На рис. 3.21 приведена типовая схема включения, а в табл. 3.3 - величины внеш-
них резисторов для ИС МАХ 1480А/В. Эти микросхемы представляют собой
функционально законченные устройства для передачи данных по стандарту RS-485/
422 с гальванической развязкой. Все необходимые элементы интерфейса (приемо-
передатчики, оптроны, трансформатор и др.) размещены в одном 28-выводном кор-
пусе. В табл. 3.4 показано назначение выводов ИС МАХ 1480А/В, а в табл. 3.5
и 3.6 - состояние выходов при различных значениях входных и управляющих сиг-
налов соответственно для режимов передачи и приема.
[ifflf] СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.19. Осциллограммы сигнолов в режиме
замкнутой петли при скорости передачи
120 Кбит/с
Рис 3.20. Осциллограммы сигналов в режиме
замкнутой петли при скорости передачи
240 Кбит/с
Передатчики ИС МАХ1480В имеют пониженную скорость нарастания выходно-
го напряжения, что позволяет снизить электромагнитные наводки (EMI) и умень-
шить отражение сигнала из-за несогласованных на концах кабелей. Это обеспечива-
ет уверенную передачу данных на скоростях до 250 Кбит/с. Скорость нарастания
выходного напряжения ИС МАХ1480А не ограничена, что позволяет осуществ-
лять передачу данных на скоростях до 2,5 Мбит/с. Ток потребления в состоянии
покоя для микросхем МАХ 1480А/В равен 28 мА. В режиме отключения ИС
МАХ 1480В потребляет только 0,2 мкА. Передатчики имеют ограничение выход-
ного тока в случае короткого замыкания на выходе, а также защищены от перегре-
ва (при чрезмерном увеличении рассеиваемой мощности) теплочувствительной
Рис. 3.21. Типовая схема включения ИС МАХ1480А/В
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ГГбз]
схемой отключения. При превышении рабочей температуры эта схема переводит
их выходы в высокоимпедансное состояние. Приемник выполнен так, что гаран-
тируется состояние высокого логического уровня на выходе, если его вход не под-
ключен. Такие микросхемы могут выдержать поданное на них напряжение со сред-
неквадратическим значением 1600 В в течение 1 мин B000 В - в течение 1 с). (См.
«Maxim New Releases Data Book», 1995, p.p. 2-13,2-15,2-17.)
Таблица 3.3. Значения внешних резисторов для ИС МАХ1480А/В
Тип микросхемы R1 (Ом) R2 (Ом) R3 (Ом) R4 (Ом) R5 (Ом) R6 (Ом)
МАХ1480А
МАХ1480В
200
200
200
510
360
Зк
Зк
2,2 к
360
Зк
200
200
Таблица 3.4. Назначение выводов ИС МАХ 14 80А/В
Вывод Обозначение Назначение
1.2
8,10.
3.4
5. 12
14
D1.D2
GND
11
FS
SO
Dl
DE
13 R0"
15 ISO RO LED
16, 20 ISO GND
Напряжение питания -«-5 В (неизолированное). Выводы соединены внутри.
Соедините с V^ для нормальной работы
Непряжение питания +5 В (неизолированное). Выводы должны быть соеди-
нены вместе (внутреннего соединения нет). Соедините с V^., для нормаль-
ной работы
Имеют внутренние соединения. Оставьте эти выводы неподключенными
«Земля» (неизолированная). Выводы должны быть соединены вместе (внут-
ренней связи нет)
Установка частоты генератора внутреннего преобразователя напряжения.
Если вывод FS соединен с V^ или не подключен, то частота равна 350 кГц,
если вывод FS заземлен - 200 кГц
Вход сигнала отключения. Для нормальной работы следует заземлить. При
подаче сигнала высокого логического уровня генератор преобразователя
напряжения отключается
Вход передатчика. Если на DE' высокий уровень напряжения, то низкий уро-
вень на DI" устанавливает выход А в состояние низкого уровня, а выход В -
в состояние высокого уровня. Соответственно высокий уровень на DP уста-
навливает выходы А и В в состояния высокого и низкого уровня. Вывод со-
единен с катодом внутреннего светодиода через резистор
Вход сигнала включения передатчика. Если на DE' - высокий уровень на-
пряжения, выходы А и В передатчика включены; если низкий уровень - вы-
ходы передатчика находятся в состоянии высокого входного сопротивления.
Когда выходы передатчика включены, ИС работает как передатчик линии
связи; когда же они в состоянии высокого входного сопротивления, то мик-
росхема может работать как приемник линии связи. Вывод соединен с като-
дом внутреннего светодиода через резистор
Выход приемника. Если А > В на 200 мВ, на НО" установится низкий уровень
непряжения, а если А < В на 200 мВ - высокий. Выход с открытым коллекто-
ром (должен иметь нагрузку, соединенную с V^)
Изолированный вывод анода светодиода для передачи сигнала RO. Если
А > В на 200 мВ. вывод ISO RO LED установится в состояние низкого уров-
ня, а если А < В на 200 мВ - высокого. Сигнал управления подается на анод
внутреннего светодиода чераз разистор
Изолированная «земля»
ней связи нет)
Выводы должны быть соединены вместе (внутрен-
ГТ041 СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Таблица 3.4. Назначение выводов ИС МАХ1480А/В (окончание)
Вывод Обозначение Назначение
17
ISO DE DRV
18.26 ISOV^
19 ISO Dl DRV
21
22
23
24
25
27.28
ISO DE IN
ISO Dl IN
A
ISO RO DRV
В
AC2, AC1
Изолированный выход сигнала DE. Если на DE' - высокий уровень напряже-
ния, выходы А и В передатчика включены; если низкий уровень - выходы пе-
редатчика находятся в состоянии высокого входного сопротиаления. Когда
выходы передатчика включены, то ИС функционирует как передатчик линии
связи; когда же они в состоянии высокого входного сопротивления, то мик-
росхема может работать как приемник линии связи. Выход с открытым кол-
лектором (должен иметь нагрузку, подключенную к ISO V^.); для нормальной
работы его необходимо соединить с выводом ISO DE IN
Изолированное напряжение питания. Выводы должны быть соединены вме-
сте (внутреннего соединения нет)
Изолированный выход сигнала DI. Если на DE' - высокий уровень напряже-
ния, то низкий уровень на DC устанавливает выход А в состояние низкого
уровня, а выход В - в состояние высокого уровня. Соответственно высокий
уровень на DI' устанавливает выходы А и В в состояния высокого и низкого
уровня. Выход с открытым коллектором (должен иметь нагрузку, подклю-
ченную к ISO Vcc); для нормальной работы его необходимо соединить с вы-
водом ISO Dl IN
Изолированный аход сигнала DE. Для нормальной работы соедините с вы-
водом ISO DE DRV
Изолированный аход сигнала DI. Для нормальной работы соедините с выво-
дом ISO Dl DRV
Неинвертированный выход передатчика/неинвертированный вход приемника
Изолированный выход сигнала RO. Для нормальной работы соедините с вы-
водом ISO RO LED через резистор.
Инвертированный выход передатчика/инвертированный вход приемника
Имеют внутренние соединения. Оставьте эти выводы неподключенными
Таблица 3.5. Состояние выходов при различных значениях входных и управляющих сигналов
в режиме передачи
Состояние входов
DE' ОГ
1 1
1 0
0 Любое
Состояние выходов
В А
0 1
1 0
Высокое выходное сопротивление Высокое выходное сопротивление
Таблица 3.6. Состояние выхода при различных значениях входных и управляющих сигналов
в режиме приема
Состояние входов
DE'
0
0
0
Состояние выходов
А-В ЙО
> или = +0,2 В 1
< или = -0,2 В 0
Не подключены 1
3.7.2. Организация типовой сети обмена данными по стандарту RS-485/422
На рис. 3.22 показана схема организации типовой сети обмена данными по стандар-
ту RS-485/422 с применением ИС МАХ 1480А/В. На рис. 3.23 и 3.24 приведены
схема включения и топология соответствующего фрагмента печатной платы для
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС Цо5~
МАХ 1480 (звездочкой обозначены дополнительные защитные элементы). Для
уменьшения отражений необходима согласующая нагрузка на обоих концах линии
передачи, равная ее волновому сопротивлению, причем линия должна быть корот-
кой. ИС МАХ 1480В с ограничением скорости нарастания выходного напряжения
менее чувствительна к дефектам согласования и неоднородностям основной линии.
(См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p.p. 2-19, 2-21.)
Рис. 3.22. Схема организации типовой сети обмена донными по стандарту RS-485/422
3.7.3. Приемопередатчики с внешними конденсаторами
с напряжением питания 5 В
На рис. 3.25-3.48 приведены типовые схемы включения и расположение выводов
ИС МАХ200-211/213. В табл. 3.7 указаны различия между перечисленными мик-
росхемами, в табл. 3.8-3.10 - состояние приемников и передатчиков при разных
значениях управляющих сигналов для ИС МАХ200, МАХ205/06/11 и МАХ213.
В табл. 3.11 перечислены значения некоторых параметров интерфейса в соответ-
ствии со стандартами EIA/TIA-232E и V.28. В табл. 3.12 представлена разводка
кабеля DB9, применяемого обычно в асинхронных интерфейсах по стандартам
ГТоб! СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Изолирующий барьер
Рис 3.23. Схема включения ИС МАХ 1480
Изолирующий барьер ~"""
Системная "земля'
Рис 3.24. Фрагмент топологии печатной платы для ИСМАХ1480
EIA/TIA-232E и V.24. Все эти микросхемы разработаны для применения в интер-
фейсах RS-232 и V.28 при отсутствии внешних питающих напряжений ±12 В. На
рис. 3.49 изображен внутренний преобразователь напряжения питания +5 В в на-
пряжение ±10 В, обеспечивающий получение уровней выходных сигналов, со-
ответствующих стандарту RS-232. Микросхемы МАХ201 и МАХ209, для которых
необходимы напряжения питания +5 и+12 В.шеш *w{^mm\^c&^^^
\ШрЯШШЯ ^Ъ в -12 В. Передатчики и приемники этих микросхем отвечают
всем требованиям стандартов EIA/TIA-232E и V.28 при скоростях гордою W»-
ных до 20 Кбит/с. Передатчики всех микросхем (за исключением МАХ202/203),
нагруженные в соответствии со стандартом, обеспечивают выходные сигналы по
EIA/TIA-232E на уровне ±5 В при скоростях передачи данных не менее 120 Кбит/с.
лллхтл
ШХ1430
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ГТ07~
Для экономии энергии микросхемы МАХ200/205/206/211 имеют режим отклю-
чения с потреблением мощности всего 5 мкВт. В ИС МАХ213 используется актив-
ный низкий уровень сигнала отключения и активный высокий уровень сигнала
разрешения работы приемника. В этой ИС два приемника всегда активны, что по-
зволяет отслеживать поступление сигнала вызова звонка (RI) при потреблении мощ-
ности всего 75 мкВт. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p.p. 2-23,2-28...2-40.)
Рис. 3.25. Расположение
выводов ИС МАХ200
(корпус DIP/SO), вид сверху
Рис 3.27. Расположение
выводов ИС МАХ201,
вид сверху
Рис. 3.26. Типовая схемо включения ИС МАХ200
Рис. 3.28. Типовоя схема включения ИС МАХ201
(номера в скобкох для корпусо SO)
ШХ200
АЛЛЯкЛЛ
ШХ201
ЛЛАЯАЛ
МАХ201
СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.29. Расположение
выводов ИС МАХ202
(корпус DIP/SO/WIDE
SO), вид сверху
Рис. 3.30. Типовая схема включения
ИСМАХ202
Рис. З.ЗТ. Расположение
выводов ИС МАХ203
(корпус DIP/SO), вид сверху
Рис. 3.32. Типовая схема включения ИС МАХ203
(номера в скобках для корпуса SO)
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС Гн»]
Рис. 3.35. Расположение
выводов ИС МАХ205
(корпус DIP), вид сверху
Рис. 3.34. Типовая схема включения
ИСМАХ204
••«вход
Рис. 3.36. Типовая схема включения ИС МАХ205
Рис. 3.33. Распопожение
выводов ИС МАХ204
(корпус DIP/SO), вид
сверху
[По] СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.37. Расположение
выводов ИС МАХ206
(корпус DIP/SO), вид сверху
Рис. 3.38. Типовая схема включения ИС МАХ206
Таблица 3.7. Основные параметры ИС МАХ200-209/211/213
Тип
j Нвпряже-
! ние
питания
Кол-во
передат-
чиков
RS-232
Кол-во
приемни-
ков RS-232
Кол-во
активных
приемни-
ков 6 ре-
жиме от-
ключения
Кол-во
внешних
емкостей
@,1 nF)
Режим низкого
потребления
энергии при
отключении/ТТЛ
с тремя
состояниями
МАХ200
МАХ201
МАХ202~
МАХ203
МАХ204
МАХ205
МАХ206
МАХ207
МАХ208
МАХ209
МАХ211
МАХ213
;+5В
+5Виот+9
до +13,2 В __
+5 В
•.+5 В
1|+5В
+5 В
+5 В
^5 В
+5 В
'+5 В и от+9
,до +13,2 В
•+5 В
+5 В
5
2
2
2
5
4
3
4
4
0
2
2
2
0
5 ~
3
з "I
4
5
5
5
0
0
0
0
0
0
0
0
_ 0
0
0
2
4
2
4 ~
нет
4
нет
4
4
4
2
4
4
да/нет
нет/нет
нет/нет
нет/нет
нет/нет
да/да
Да/да
нет/нет
нет/нет
нет/да
да/да
да/да
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС [ТТТ
Рис. 3.39. Расположение
выводов ИС МАХ207 (корпус
DIP/SO/SSOP), вид сверху
Рис. 3.40. Типовая схема включения ИС МАХ207
Таблица 3.8. Состояние приемников и передатчиков при различных значениях управляющих сигналов
дляИСМАХ200
Откл. (SHDN)
Режим работы
Передатчики Т1 - Т5
Рабочий
Отключение
Все активны
Все в состоянии высокого выходного сопротивления
Таблица 3.9. Состояние приемников и передатчиков при различных значениях управляющих
сигналов для ИС МАХ205/206/211
Откл. Разрешение Режим
(SHDN) (ER) работы
Передатчики Т1 - Т5
Приемники R1 - R5
0
0
1
0
1
0
Норма
Норме
выходного
Отключен
Все вктивны
Все активны
сопротивления
Все в состоянии высокого
выходного сопротивления
Все активны
Все в состоянии высокого
Все в состоянии высокого
выходного сопротивления
[ТТЛ СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
ждхьм
МАХ208
Рис. 3.41. Расположение
выводов ИС МАХ208
(корпус DIP/SO), вид сверху
Рис. 3.42. Типовая схема включения ИС МАХ208
Таблица 3.10. Состояние приемников и передатчиков при различных значениях управляющих сигналов
дляИСМАХ213
Откл. Разрешение Режим Передатчики Приемники Приемники
EНБН) (EN) работы Т1 - Т4 R1 - R3 R4, R5
0 0 Отключен Все в состоянии Высокое входное Высокое входное
высокого выходного сопротивление сопротивление
сопротивления
0 1 Отключен Все в состоянии Высокое входное Активны*
высокого выходного сопротивление
сопротивления
1 0 Рабочий Все активны Высокое входное Высокое входное
сопротивление сопротивление
1 1 Рабочий Все активны Активны Активны
Примечание к тебл. * - активны, со сниженными характеристиками.
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС Гпз]
Рис. 3.43. Расположение
выводов ИС МАХ209
(корпус DIP/SO), вид сверху Рис 3.44. Типовая схема включения ИС МАХ209
Таблица 3.11. Сравнение параметров интерфейсов по стандартам EIA/TIA-232E, V.28
Параметр
Условия измерения
Стандарты EIA/TIA-232E,
МККТТ V.28
Выходное напряжение передатчика:
уровень О
уровень 1
Максимальный выходной уровень
Скорость передачи данных
Входное напряжение приемника:
уровень О
уровень 1
Максимальный входной уровень
Максимальная мгновенная
скорость нарастания напряжения
Максимальный ток короткого
замыкания передатчика
Время переключения
Выходное сопротивление
передатчика
Нагрузка 3-7 кОм От +5 до +15 В
Нагрузка 3-7 кОм От -5 до -15 В
Без нагрузки ±25 В
RH = от 3 до 7 кОм, Сн < 2500 пФ До 20 Кбит/с
От+3 до+15 В
От-3 до-15 В
±25 В
RH = от 3 до 7 кОм, Сн < 2500 пФ 30 В/мкс
100 мА
МККТТ V.28
Е1АД1А-232Е
-2B<V_<+2B
1 мс, или 3% длительности периода
4% длительности периода
300 Ом
ГШП СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
«вУисад
Рис. 3.46. Типовая схема включения ИС МАХ211
Таблица 3.12. Разводка кабеля DB9 с двойной оплеткой, применяемого обычно в асинхронных
интерфейсах по стандартам EIA/TIA-232E, V.28
Вывод
Соединение
1 Сигнал обнаружения данных на линии,
иногда называемый сигналом
обнаружения несущей (DCD)
2 Прием данных (RD)
3 Передача данных (TD)
4 Готовность к приему данных (DTR)
5 Сигнальная «земля»
6 Готовность к передаче данных (DSR)
7 Запрос на передачу данных (RTS)
8 Готовность к передача данных (CTS)
9 Индикатор вызова (звонка)
Сигнал от DCE
Данные от коммуникационного оборудования (DCE)
Данные от терминального оборудования (DTE)
Подтверждение от DTE
Общий вывод
Подтверждение от DCE
Запрос от DTE
Подтверждение от DCE
Сигнал от DCE
Рис 3.45. Расположение
выводов ИСМАХ211
(корпус SO/SSOP}, вид
сверху
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ГП5~
Рис. 3*48. Типовая схема включения
ИСМАХ213
Рис. 3.49. Внутренний преобразовотель напряжения питания +5 В в ±10 В для получения уровней
выходных сигналов, соответствующих стандарту RS-232
3.7.4. Приемопередатчики с защитой от электростатического разряда
На рис. 3.50-3.52 показаны типовая схема включения и расположение выводов
ИС МАХ202Е/232Е. На рис. 3.53 и 3.54 представлены расположение выводов
и типовая схема включения ИС МАХ211Е/213Е/241Е (данные в скобках только для
МАХ213Е). Эти микросхемы предназначены для использования в сложных услови-
ях эксплуатации, тем не менее требования стандартов EIA/TIA-232E зыполнены
ГЛб] СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.50. Расположение
выводов ИС МАХ202Е/232Е
(корпус DIP/SO), вид сверху
Рис 3.51. Типовая схема включения ИС МАХ202Е/232Е
Примечание к рис. * -для МАХ232Е - 1,0 мкФ.
Выводы указаны только для корпуса DIP/SO.
Рис. 3.52. Расположение контактов
ИС МАХ232Е в безвыводном
корпусе (корпус LCC), вид сверху
УМЛХЬМ
МЛХ211Е
МАХ213Е
МЛХ241Е
Рис. 3.53. Расположение выводов
ИСМАХ2ПЕ/213Е/241Е
в корпусе SO/SSOP, вид сверху
полностью. Все выходы передатчиков и входы приемников данных микросхем за-
щищены от возможного электростатического разряда с напряжением ±15 кВ. (См.
«Maxim New Releases Data Book», 1995, p.p. 2-54,2-55.)
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС [Щ]
3.7.5. Программируемый
приемопередатчик DTE/DCE
На рис. 3.55 приведена типовая схема вклю-
чения, а в табл. 3.13 - назначение выводов
ЛС МАХ214. В табл. 3.14-3.15 показано
соответствие выводов микросхемы сигна-
лам интерфейса RS-232 в различных ре-
жимах, а в табл. 3.16 - режимы работы ИС
МАХ214 при различных значениях управ-
ляющих сигналов. На рис. 3.56 представле-
ны осциллограммы сигналов на выходе
передатчика после окончании сигнала от-
ключения. В этих ИС имеется возможность
программного выбора режима работы в ка-
честве порта терминального оборудования
(DTE) или коммуникационного оборудова-
ния (DCE) в соответствии с интерфейсом
RS-232. Выбор режима DTE/DCE осуществ-
ляется подачей команды DTE/DCE на вы-
вод 21 микросхемы МАХ214. Такие ИС
позволяют отказаться от переключения
кабелей при изменении конфигурации обо-
рудования от DTE к DCE и наоборот.
(См. «Maxim New Releases Data Book», 1995,
p.p. 2-69,2-70,2-72...2-74.)
3.7.6. Двойной приемопередатчик
с напряжением питания +1Д..+4.25 В
На рис. 3.57 показана типовая схема вклю-
чения ИС МАХ218 с использованием од-
ного источника питания, а на рис. 3.58 -
с использованием как стабилизированно-
го, так и нестабилизированного источни-
ка питания. В табл. 3.17 приведено на-
значение выводов микросхемы МАХ218,
в табл. 3.18 - перечень рекомендуемых про-
изводителей схемных элементов. Этим мик- Примечание к рис.* - для МАХ241Е -1,0тФ.
росхемам требуются всего два щелочных
(NiCd или NiMH) элемента питания, чтобы обеспечить все требования стандартов
EIA/TIA-232E и V.28/V.24. Необходимые по EIA/TIA-232E и RS-232 уровни вы-
ходных напряжений поддерживаются при изменении напряжения первичного
источника питания в пределах от +1,8 до +4,25 В. Ток потребления в режиме от-
ключения равен 1 мкА. Приемники могут включаться и отключаться при помо-
щи логических сигналов управления. В табл. 3.19 приведены режимы работы ИС
Рис. 3.54. Типовая схема включения
ИСМАХ211Е/213Е/241Е
ГТТв! СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.55. Типовая схема включения ИС МАХ214 (выводы питания не показаны]
МАХ218 и источников питания при различных значениях управляющих сигналов
(отключения и разрешения/запрета). Гарантируется передача данных со скоростью
до 120 Кбит/с (См. -«Maxim New Releases Data Book», 1995, p.p. 2-79,2-80,2-81,2-82.)
Таблица 3.13. Назначение выводов ИС МАХ214
Вывод Обозначение Назначение
1.2
С2+, С2-
HI-Z
4 N.C.
5. 24, 25 ТА, ТС, ТВ
6, 8, 22, 23 RA, RE, RC. RB
7 RDC
9.18,20 TRA.TRC.TRB
10, 17. 19 RTA. RTC. RTB
11
12
13
RDTC
RRE
GND
Выводы для подключения внешнего конденсатора схемы удвоения преобра-
зователя с отрицательным выходным напряжением
Вход сигнала управления входным сопротивлением приемника RS-232. При
подаче сигнала высокого логического уровня внутренний согласующий ре-
зистор (нагрузка на конце линии) отключается
Не подключен (нет внутреннего соединения)
ТТЛ/КМОП входы передатчиков А, С, В
ТТЛ/КМОП выходы приемников А, Е, С, В
ТТЛ/КМОП выход приемника D в режиме DTEJDTE/DCE = О В) или ТТЛ/
КМОП выход приемника С в режиме DCE (DTE/DCE = +5 В)
RS-232 выход передатчика^_р_ежиме DTE (DTE/DCE = О В) или RS-232 вход
приемника в режиме ОСЕ (DTE/DCE = +5 В)
RS-232 вход приемника в режиме DTE (DTE/DCE - О В) или RS-232 выход
передатчика в режиме DCE (DTE/DCE = +5 В)
RS-232 вход приемника D в режиме DTE (DTE/DCE = 0 В) или RS-232 выход
передатчика С в режиме DCE (DTE/DCE = +5 В)
RS-232 вход приемника Е
«Земля»
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ГП9~
'эблицаЗ.13. Назначение выводов ИС МАХ214 (окончание)
Вывод Обозначение Назначение
V- Отрицательное выходное напряжение схемы удвоения (^V^)
*5 V+ Положительное выходное напряжение схемы удвоения (+2VCC)
VTC Напряжение питания от +4.5 до +5,5 В
DTE/DCE Вход сигнала выбора режима работы ИС: в качестве порта терминального
оборудования (DTE) или коммуникационного оборудования (DCE). Режим
DTE - низкий логический уровень, DCE - высокий
26 SHDN Вход сигнала отключения. Нормальная работа - низкий логический уровень,
отключение - высокий
28 С1+, С1 - Выводы для подключения внешнего конденсатора схемы удвоения преобра-
зователя с положительным выходным напряжением
*<облица 3.14. Соответствие выводов ИС МАХ214 сигналам интерфейса RS-232 в режиме DTE
ТТЛ/КМОП RS-232 Наличие
входные/выход- Выволы Назначение Выволы входные/ Контакты порогового
тоТсигоГлы МАХ214 назначение МАХ214 выходные DB-25 входа
сигналы приемника
* ре дача данных
TxD)
Прием данных
4xD)
Запрос на передачу
^змных (RTS)
отовность
передаче
Hbix(CTS)
отовность
к приему
данных(DTR)
отовность
к передаче
данных (DSR)
Сигнал обнаружения
несущей (DCD)
Сигнал вызова
индикатор
звонка - RI)
5
6
25
23
24
22
7
8
->»
-<h
->-
-4-
-t>-
^<Ь
-<Ь
—d-
9
10
20
19
TxD
RxD
RTS
CTS
2
3
4
5
18 DTR
17 DSR 20
11 DCD
12 RI 22
'облица 3.15. Соответствие выводов ИС МАХ214 сигналам интерфейса RS-232 в режиме DCE
М%2Й •»¦— S5SS ""gST" В^ь.РВ-25 ВХ^О^
5
6
25
23
24
22
7
8
10
9
19
20
17
11
18
12
RxD
TxD
CTS
RTS
DSR
DCD
DTR
RI
3
2
5
4
20
8
6
22
[Щ1 СХБМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Таблица 3.16. Режимы работы ИС МАХ214 при различных значениях управляющих сигналов
Управляющие входы
SHUTDOWN NI-Z СГГЕ/DCE TRA, TRB, TRC
Выводы RS-232
RTA, RTB, RTC, RDTC
RRE
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
Режим передачи
Режим приема/5 кОм
Режим передачи
вх.солр.
Режим приема/Вые,
вх. сопр.
Откл./Выс. вх. сопр.
Медл. прием/Вые.
вх.сопр.
Откл./Выс. вх. сопр.
Медл. прием/Вьгс.
вх.сопр.
Режим приема/5 кОм
Режим передачи
Режим приема/Вые.
Режим передачи
Медл. прием/Вые,
вх. сопр.
Откл./Выс. вх. сопр.
Медл. прием/Вые,
вх. сопр.
Откл./Выс. вх. сопр.
Режим приема/5 кОм
Режим приема/5 кОм
Режим приема/Вые,
вх. сопр.
Режим приема/Вые,
вх. сопр.
Медл. прием/Вые,
вх. сопр.
Медл. прием/Вые,
вх. сопр.
Медл. прием/Вые.,
вх. сопр.
Медл. прием/Вые,
вх. сопр.
Рис ZS7. Типовая схема включения ИС МАХ218
с одним источникам питания
Вывод Наименование Функции
LX
REF
5НБЛ
Вывод для подключения точки соединения индуктивности и диода
Точка шунтирования внутреннего источника опорного напряжения. Обыч-
но не подключена. Шунтируется на землю емкостью 0,1 мкФ (включается
между выводами 2 и 5). если напряжение V^ слишком зашумлено
Управление режимом отключения. Для нормальной работы вывод соеди-
няется с Vqq. Для отключения источника литания и выключения передатчи-
ков - заземлите. Этим сигналом состояние приемников не меняется
Рис. 3.56. Осциллограммы сигналов
на выходе передатчика после окончания
сигнала отключения
Таблица 3.17. Назначение выводов ИС МАХ218
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ГШ"
тоблица3.17. Назначение выводов ИС МАХ218 (окончание)
Вывод Наименование Функции
EN
5. 17. 20
6
7,8
9,10
11, 12
13, 14
15
16, 18
19
GND
T1IN.T2IN
R1OUT, R2OUT
R2IN, RUN
T2OUT.T1OUT
V-
С1-.С1+
V+
Управление выходами приемников. Для нормальной работы вывод соеди-
няется с V0D. Чтобы установить выходы приемников в состояние высокого
входного сопротивления - заземлите
«Земля». Заземлите все эти выводы
Вход напряжения питания; от 1,8 до 4,25 В. Шунтируется на землю
емкостью не менее 1 мкФ. См. раздел выбора емкостей
Входы передатчиков
Выходы приемников. Размах напряжения от потенциала «земли» до VDD
Входы приемников
Выходы передатчиков. Размах напряжения от V+ до V-
Отрицательное напряжение питания, вырабатываемое ИС
Выводы для подключения внешнего конденсатора схемы умножения
Положительное напряжение питания, вырабатываемое ИС
Таблица 3*18. Перечень рекомендуемых производителей схемных элементов
Производитель Тип
Телефон
Факс
Murata
Sumida
TDK
Индуктивности
LQH4N150K-TA
CD43150
NLC453232T-150K
США (814) 237-1431, США (814) 238-0490.
Япония @75) 951-9111 Япония @75) 955-6526
США G08) 956-0666. США G08) 956-0702,
Япония @3) 3607-5111 Япония @3) 3607-5428
США G08) 803-6100, США G08) 803-6296.
Япония @3) 3278-5111 Япония @3) 3278-5358
Диоды для поверхностного монтажа
Cental Semiconductor CMPSH-3. США E16) 435-1110 США E16) 435-1824
с барьером Шоттки
Motorola MMBD6050LT1. США D08) 749-0510 США D08) 991-7420
кремниевые
Philips PMBD6050, кремниевые США D01) 762-3800 США D01) 767-4493
Диоды для монтажа в сквозных отверстиях печатных плет
Motorola 1 N6050, кремниевые США D08) 749-0510 США D08) 991-7420
1N5817, с барьером Шоттки
Таблица 3.19. Режимы работы ИС МАХ218 и источников питания при различных значениях
управляющих сигналов
sHdn en
Выход Выход Преобразователь Ток
приемника передатчика пост, ток-пост, ток потребления
Низкий Низкий Высок, ах. сопр.
Низкий Высокий Включен
Высокий Низкий Высок, ах. сопр.
Высокий Высокий Включен
Высок, вх. сопр. Отключен
Высок, ах. сопр. Отключен
Включен Включен
Включен Включен
Минимальный
Минимвльный
Нормальный
Нормвльный
ГТ22] СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис.3.58
Типовая схема включения ИС МАХ218
со стабилизированным и нестабилизирован-
ным источниками питания
3.7.7. Многоканальные передатчики/приемники с напряжением питания 5 В
На рис. 3.59-3.101 приведены типовые схемы включения и расположение выводов
для ИС МАХ220-249 (на рис. 3.67-3.69 данные в скобках относятся к корпусу
SO). В табл. 3.20 указаны номиналы внешних емкостей для ИС МАХ220/232/
232А, в табл. 3.21 - значения выходных сопротивлений приемников ИС МАХ243 для
различных входных сигналов, а в табл. 3.22 - варианты исполнения корпусов и допу-
стимые температурные режимы ИС МАХ220. В табл. 3.23-3.26 перечислены режи-
мы работы микросхем при разных параметрах управляющих сигналов. Рассматрива-
емые микросхемы представляют собой передатчики/приемники, предназначенные
для всех коммуникационных интерфейсов по стандартам El A/TIA-232E и V.28/V.24,
особенно для тех случаев, когда напряжения ±12 В недоступны. В режиме отключе-
ния потребляемая мощность снижается до уровня менее 5 мкВт. (См. «Maxim New
Releases Data Boob, 1995, p.p. 2-85,2-96,2-97,2-100...2-117.)
Таблица 3.20. Номиналы внешних емкостей для ИС МАХ220/232/232А
Тип микросхемы
МАХ220
МАХ232
МАХ232А
С1
4,7
1.0
0.1
Емкость (мкФ)
С2 СЗ С4
4.7 10
1.0 1.0
0.1 0.1
10
1.0
0.1
С5
4.7
1.0
0.1
Таблица 3.21. Значения выходных сопротивлений приемников ИС МАХ243 для различных входных сигналов
Вход приемника
Не более -3 В
Не подключен
Не менее +3 В
Выход R1
Высокий уровень
Высокий уровень
Низкий уровень
Выход R2
Высокий уровень
Низкий уровень
Низкий уровень
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ГЩП
Рис. 3.59. Расположение
выводов ИС МАХ220/
232/232А (корпус DIP/
SO), вид сверху
Входы]
ТТЛ/КМОП1
Выходы]
ПЛ/КМОП1
Рис 3*60. Типовая схема включения
ИСМАХ220/232/232А
Рис 3.61. Расположение
выводов ИС МАХ222/242
(корпус DIP/SO), вид
сверху (данные в скобках
только для МАХ222)
Рис. 3.62. Типовая схема включения
ИСМАХ222/242
СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис 3.63. Расположение
выводов ИС МАХ230
(корпус DIP/SO), вид сверху
Рис 3.64. Типовая схема включения
ИСМАХ230
РисЗ.65.
Расположение выводов
ИС МАХ231 (корпус
DIP), вид сверху
РисЗ.66.
Расположение
выводов ИСМАХ231
(корпус SO), вид
сверху
Рис 3.67. Типовая схема включения
ИСМАХ231
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС Пм]
Рис. 3.68. Расположение
выводов ИС МАХ233/233А
(корпус DIP/SO), вид сверху.
Данные в скобках только
для SO
Рис. 3.69. Типовая схема включения
ИСМАХ233/233А
Рис. 3.70
Расположение выводов
ИС МАХ234 (корпус
DIP/SO), вид сверху
Рис. 3.71. Типовая схема включения
ИСМАХ234
Гт2б1 СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.72. Расположение
выводов ИС МАХ225
(корпус SO), вид сверху
Примечание к рис.
МАХ225 содержит: 5 при-
емников; 5 передатчиков;
2 управл. вывода (включе-
ние приемника ENR
и включение передатчика
ENT). Выводы ENR, GND,
Vcc TfOUT попарно
соединены внутри.
Рис. 3.73. Типовая схема включения ИС МАХ225
Таблица 3.22. Варианты исполнения корпусов и допустимые температурные режимы ИС МАХ220
Тип микросхемы Диапазон температур Тип корпуса
16-выводной пластиковый DIP
16-выводкой узкий малогабаритный DIP (SO)
16-выводной широкий малогабаритный DIP (SO)
Бескорпусной чип
16-выводной пластиковый DIP
16-выводной узкий малогабаритный DIP (SO)
16-выводной широкий малогабаритный DIP (SO)
16-выводной керамический DIP
16-выводной керамический DIP
МАХ220СРЕ
MAX220CSE
MAX220CWE
MAX220C/D
МАХ220ЕРЕ
MAX220ESE
MAX220EWE
MAX220EJE
MAX220MJE
От 0 до +70 'С
От 0 до +70 'С
От 0 до +70 *С
От 0 до +70 'С
От-40 до+85'С
От -40 до +85 *С
От-40 до+85 *С
От-40 до+85 *С
От-55до+125*С
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ГТ27"
Рис 3.74. Расположение
выводов ИС МАХ235
(корпус DIP), вид сверху
Рис. 3.75. Типовая схема включения ИС МАХ235
лллжит
МАХ236
Р»с 3.76. Типовая схема включения ИС МАХ236
Рис. 3.77. Расположение
выводов ИС МАХ236
(корпус DIP/SO), вид сверху
[1281 СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.78. Расположение
выводов ИС МАХ237
(корпус DIP/SO), вид сверху
«SV8XQA
Рие. 3.79. Типовая схема включения ИС МАХ237
Рис 3.80. Типовая схема включения ИС МАХ238
Рис. 3.81. Расположение
выводов ИС МАХ238
(корпус DIP/SO), вид сверху
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС Г|29]
та6лица 3.23. Режимы работы ИС МАХ225 при различных значениях управляющих сигналов
ЕгТТ ENR Режим работы Передатчики Приемники
0 1 Норма
1 0 Отключен
1
1
Отключен
Ъсе активны
Все активны
Все в третьем
состоянии
Все в третьем
состоянии
Все активны
Все в третьем состоянии
Все в режиме приема с малой
потребляемой мощностью
Все в третьем состоянии
Рис. 3.83. Типовая схема включения ИСМАХ239
Рис. 3.82. Расположение
выводов ИС МАХ239
(корпус DIP/SO), вид
сверху
ГТЗО! СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис 3.84. Расположение выводов
ИС МАХ240 (корпус пластиковый FP),
вид сверху
Рис. 3.85. Типовая схема включения ИС МАХ240
Таблица 3.24. Режимы работы ИС МАХ245 при различных значениях управляющих сигналов
лтш «ж Режим Передатчики Приемники
работы ТА1 -ТА4 ТВ1 - ТВ4 RA1 - RA5 RBI - RB5
0
0
1
1
0
1
0
1
Норма
Норма
Отключен
Отключен
Все активны
Все активны
Все
в третьем
состоянии
Все
в третьем
состоянии
Все активны
Все активны
Все
втретьем
состоянии
Все
в третьем
состоянии
Все активны
RA1 -RA4 в третьем
состоянии, RA5 активен
Все в режиме приема
с малой потребляемой
мощностью
RA1 - RA4 в третьем
состоянии, RA5 в режиме
приема с малой
потребляемой мощностью
Все активны
RB1 - RB4 в третьем
состоянии, RB5 активен
Все в режиме приема
с малой потребляемой
мощностью
RB1-RB4 в третьем
состоянии. RB5 в режиме
приема с малой
потребляемой мощностью
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ЦзТ~
Рис 3.86. Расположение
выводов ИСМАХ241/223
(корпус WIDE SO/SSOP),
вид сверху
Примечание к рис. R4 и R5
в МАХ223 остаются
активны в режиме отклю-
чения (shutdown). Данные
в скобках - для МАХ241.
Рис 3.87. Типовая схема включения ИС МАХ241 /223
Таблица 3.25. Режимы работы ИС МАХ246 при различных значениях управляющих сигналов
шгп mg Режим Передатчики Приемники
ьма tNB работы ТА1 - ТА4 ТВ1 - ТВ4 RA1 - RA5 RB1 - RB5
0
0
1
1
0
1
0
1
Норма
Норма
Отключен
Отключен
Все активны
Все активны
Все
в третьем
состоянии
Все
в третьем
состоянии
Все активны
Все
в третьем
состоянии
Все активны
Все
в третьем
состоянии
Все активны
Все активны
RA1 - RA4 в третьем
состоянии
состоянии, RAS активен
RA1 - RA4 в третьем
состоянии, RA5 в режиме
приема с малой
потребляемой мощностью
Все активны
RB1 -RB4 в третьем
состоянии,
RB5 активен
Все активны
RBt - RB4 в третьем
состоянии, RB5 в режиме
приема с малой
потребляемой мощностью
СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.88. Расположение
выводов ИС МАХ243
(корпус DIP/SO), вид сверху
Рис. 3.90. Типовая схема включения ИС МАХ244
Рис. 3.89. Типовая схема включения
ИСМАХ243
питии
Рис. 3.91. Расположение выводов
ИС МАХ244 (корпус PLCC), вид сверху
Примечание к рис. МАХ244 содержит:
10 постоянно активных приемников E со
стороны Аи 5 со стороны В); 8 передат-
чиков D со стороны Аи 4 со стороны В).
Нет никаких управляющих выводов.
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ПЗЗ]
Рис. 3.92. Расположение
выводов ИС МАХ245
(корпус DIP), вид сверху
Примечание к рис.
МАХ245 содержит:
10 приемников E со
стороны Аи 5 со
стороны В - RA5 и RB5
всегда активны); 8 пере-
датчиков D со стороны
Аи 4 со стороны В);
2 управляющих вывода
(включение приемника
(ENR) и включение
передатчика (ENT)).
Рис. 3.93. Типовая схема включения ИС МАХ245
СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис 3.94. Расположение
выводов ИС МАХ246
(корпус DIP), вид сверху
Примечание к рис.
МАХ246 содержит:
10 приемников E со
стороны Аи 5 со
стороны В - RA5 и RB5
всегда активны); 8 пере-
датчиков D со стороны
Аи 4 со стороны В);
управляющие выводы
(включение стороны А
(ENA), включение
стороны В (ENB)).
Рис. 3.95. Типовая схема включения ИС МАХ246
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС Пз5~
Рис 3.96. Расположение
выводов ИС МАХ247
(корпус DIP), вид сверху
Примечание к рис.
МАХ246 содержит: 9 при-
емников D со стороны А
и 5 со стороны В -
RB5 всегда активен); 8 пе-
редатчиков D со стороны
Аи 4 со стороны В);
4 управляющих сигнала
(включение приемника
со стороны A (ENRA),
включение приемника
со стороны В (ENRB),
включение передатчика
со стороны A (ENTA),
включение передатчика
со стороны В (ENTB)).
Рис. 3.97. Типовая схема включения ИС МАХ247
ГТзб] СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.98. Расположение выводов ИС МАХ248,
вид сверху (корпус PLCQ
Примечание к рис. МАХ248 содержит:
8 приемников D со стороны Аи 4 со стороны
В); 8 передатчиков D со стороны Аи 4 со
стороны В); 4 управляющих вывода (вклю-
чение приемника со стороны A (ENRA),
включение приемника со стороны В (ENRB),
включение передатчика со стороны А
(ENTA), включение передатчика со стороны В
(ENTB)).
Рис. 3.99. Типовая схема включения ИС МАХ248
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ГТзГ
Рис 3.101. Типовая схема включения ИСМАХ249
Рис. 3.100. Расположение выводов
ИС МАХ249, вид сверху (корпус PLCC)
Примечание к рис. МАХ249 содержит:
10 приемников E со стороны Аи 5 со
стороны В); 6 передатчиков C со стороны
АиЗ со стороны В); 4 управляющих
вывода (включение приемника со стороны
A (ENRA), включение приемника со
стороны В (ENRB), включение передатчи-
ка со стороны A (ENTA), включение
передатчика со стороны В (ENTB)).
ГппП СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Таблица 3.26. Режимы работы ИС МАХ247/248/249 при различных значениях управляющих сигналов
; , ИС Передатчики Приемники
ЕИтд ЙЗТВ ЁЙНА ЁКШй Режим I МАХ247 ТА1 - ТА4 ,ТВ1 - ТВ4 ,RA1 - RA4_ RBI - RB5
ENTA ENTB ENRA ENRB | работы hMAX248 TA1 -TA4 JTBI-TB4 fRAI - RA4 RBI - RB4
1 ; \ MAX249 TA1 - ТАЗ ТВ1-ТВЗ RA1 - RA5 RBI - RB5
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС [Wl
Таблица 3.26. Режимы работы ИС МАХ247/248/249 при различных значениях управляющих сигналов (окончание)
Fi40l СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
3.7.8. Импульсный генератор для источника питания интерфейса RS-485
с гальванической развязкой
На рис. 3.102 и 3.103 изображены типовая схема включения и схема проверки ИС
МАХ253, а в табл. 3.27 - назначение выводов этой микросхемы. В табл. 3.28-3.31
указаны рекомендуемые параметры, типы внешних схемных элементов и их по-
ставщики. Микросхема МАХ253 представляет собой монолитный импульсный
генератор с усилителем, специально разработанный для создания изолированно-
го источника питания мощностью до 1 Вт для интерфейсов RS-485 или RS-232
с гальванической развязкой. На ИС через первичную обмотку трансформатора со
средней точкой подается напряжение 5 или 3,3 В от основного источника пита-
ния. Параметры вторичной обмотки трансформатора выбираются исходя из тре-
буемого напряжения изолированного источника питания. Задающий генератор
с частотой, вдвое большей частоты выходных импульсов трансформатора, управ-
ляет мощными ключами через триггер. Поэтому каждый ключ находится в откры-
том состоянии в течение 50% времени рабочего цикла. В режиме отключения ток
потребления равен 0,4 мкА. На рис. 3.104-3.113 представлены различные вариан-
ты типовых схем включения ИС МАХ253. (См. «Maxim New Releases Data Book»,
1995, p.p. 2-125...2-135.)
Рис. 3.102. Типовая схема включения ИС МАХ253
Рис. 3.103. Схема проверки ИС МАХ253
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ГШ"
Таблица 3.27. Назначение выводов ИС МАХ253
Вывод Обозначение Назначение
1
D1
GND1
FS
SD
5
6
7
8
N.C.
Vcc
GND2
D2
Открытый сток первого ключевого транзистора с N-каналом для возбужде-
ния трансформатора
¦Земля». Выводы GND1 и GND2 заземлите
Установка частоты внутреннего генератора. Если вывод FS соединен с V^.
или не подключен, то частота переключения равна 350 кНц, если вывод FS
заземлен - то 200 кГц
Вход сигнала отключения. Для нормальной работы - заземлить. Для отклю-
чения - подать сигнал высокого логического уровня
Нет внутреннего соединения
Напряжение питания +5 В
«Земля». Выводы GND1 и GND2 заземлите
Открытый сток второго ключевого транзистора с N-каналом для возбужде-
ния трансформатора
Таблица 3.28. Параметры трансформаторов для разхличных напряжений
Параметры
Отношение числа
витков обмоток
трансформатора
(ЦО - с отводом от
центра обмотки)
Типовое первичная
число вторичная
RMTICOR
Drl I I4UD
обмоток
Произве- FS -
дение ЕТ низкий
для уровень
первичной ps -
обмотоки вь,Сокий
уровень
+5 В
в ±10 В
1 ЦО: 1
44 ЦО
44
16,3 В мкс
11 В мкс
Вариант преобразования
+5 В
в +5 В
1 ЦО : 1,3 ЦО
44 ЦО
56 ЦО
18,3 В мкс
_ .. ,
11 В мкс
+3,3 В
в +5 В
1 ЦО : 2.1 ЦО
28 ЦО
56 ЦО
12 В мкс
7,2 В мкс
напряжения
+5 В
в +24 В
1 ЦО : 5 ЦО
~ 44 ЦО
220 ЦО
16,3 В мкс
11 В мкс
+5 В в ±5 В;
±12 В
1 ЦО : 1,5 ЦО :
ЗЦО
44 ЦО
66 ЦО, 132 ЦО
.. ...
16.3 В мкс
...
11 В мкс
Таблица 3.29. Рекомендуемые поставщики трансформаторов и оптронов
Трансформаторы
Сердечники трансформаторов
Оптроны
ВН electronics
Тел.E07M32-3211
Факс E07) 532-3705
Coilcraft
Тел. G08) 639-6400
Факс G08) 639-1469
Centronics
Тел.D07J41-7876
Факс D07) 241-9339
Philips Components
Тел.D07)881-3200
Факс D07) 881-3300
Magnetics inc.
Тел. D12) 282-8282
Факс D12) 282-6955
Fair-Rite Products
Тел. (914) 895-2055
Факс (914) 895-2629
Quality Technology
Тел. D08) 720-1440
Факс D08) 720-0848
Sharp Electronics
Тел. B06) 834-2500
Факс B06) 834-8903
Siemens Components
Тел. D08) 777-4500
Факс D08) 777-4983
ГТ421 СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Таблица 3.30. Типы конденсаторов и рекомендуемые поставщики
Метод производства
Конденсаторы
Поверхностный монтаж Matsuo, серия 267 (с низким значением ЭПС)
Тел. в США: G14) 969-2491. факс: G14) 960-6492
Sprague Electric со., серия 595D/293D (с очень низким значением ЭПС)
Тел. в США: F03) 224-1961. факс: F03) 224-1430
Murata Erie, керамические конденсаторы
Тел. в США: (800) 831-9172. факс: D04) 436-3030
Монтаж в сквозных отверстиях Sanyo, серия OS-CON (с очень низким значением ЭПС)
высококачественных печатных плат Тел. в США: F19) 661-6835, факс: F19) 661-1055
Тел. в Японии: 81-7-2070-1005, факс: 81-7-2070-1174
Монтаж в сквозных
отверстиях печатных плат
Nichicon, серия PL (с низким значением ЭПС)
Тел. в США: G08) 843-7500. факс: G06) 843-2798
Тел. в Японии: 61-7-5231-8461, факс: 81-7-5256-4158
Рис 3.104. Типовая схема включения ИС МАХ253 для интерфейса RS-485 с напряжением питания 5 В
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ГИГ
Таблица 3.31. Рекомендуемые комплектующие изделия для организации интерфейсов с различными
скоростями передачи данных
Скорость Тип ИС для интерфейса RS-485
передачи
данных полный дуплекс полудуплекс
Тип оптрона для сигнала
DI/RO DE
250 Кбит/с МАХ488/МАХ489
2,5 Мбит/с МАХ490/МАХ491
МАХ483/МАХ487
МАХ481/МАХ485
РС417*
РС410*
РС357Т*
РС357Т
Примечание к табл. * - оптроны серии PC, производитель Sharp Electronics (тел. в США: B06) 834-2500,
факс: B06) 834-8903); Sharp Electronics, Europe GmbH (тел. в Германии: @40) 230-760, факс: @40) 230-764).
Рис. 3.105. Типовая схема включения ИС МАХ253 для интерфейса RS-485 с напряжением питания 3,3 В
IWI СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.106. Типовоя схема включения ИС МАХ253 для интерфейса RS-232
Примечание к рис. * - 74НС04 или аналог.
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС fi45|
Рис. 3.107. Типовая схема включения ИС МАХ253 для преобразования напряжения 5 6
в изолированное напряжение 5 В
Рис. 3.108. Типовая схема включения ИС МАХ253 для преобразования напряжения 3,3 В
в изолированное напряжение 5 В
Рис 3.109. Типовая схема включения ИС МАХ253 для двухполярного источника питания с удвоением
входного напряжения
Гпб1 СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.110. Типовая схема включения ИС МАХ253 со стабилизатором напряжения
Рис. 3.111. Типовая схема включения ИС МАХ253 для двухполярного источника питания
Рис. 3.112. Типовая схема включения ИС МАХ253 с удвоением входного напряжения
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС [Ш~
Рис. 3.113. Типовоя схема включения ИС МАХ253 для АЦП с гапьванической развязкой ^_
3.7.9. Приемопередатчики с пониженной потребляемой мощностью
для интерфейсов RS-485/422
На рис. 3.114, 3.115 изображено расположение выводов ИС МАХ481/483/485/487
для различных типов корпусов, а на рис. 3.116- типовая схема включения.
В табл. 3,32 приведено назначение выводов микросхем, а в табл. 3.33,3.34 - выход-
ные сигналы их передатчиков и приемников при различных значениях входных и уп-
равляющих сигналов. В табл. 3.35 даны сравнительные характеристики микросхем.
На рис. 3.117-3.121 показаны типовые схемы включения и расположение выводов
ИС МАХ488-491, на рис. 3.122- применение микросхем МАХ481/483/485/487
для организации типовой сети RS-485, а на рис. 3.123 - применение микросхем
МАХ488-491 для организации полнодуплексной сети обмена данными по интерфей-
су RS-485. На рис. 3.124 показано использование микросхем МАХ488-491 в качестве
fi48l СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
ретранслятора. Отметим, что выводы R Е и DE имеются только на МАХ489/491. (См.
«Maxim New Releases Data Boob, 1995, p.p. 2-159,2-165...2-168,2-171,2-172.)
Рис 3.115. Располо-
жение выводов ИС
МАХ481/483/485/
487 для корпусов
цМАХ, вид сверху
Рис. 3.116. Типовая схема включения
ИС МАХ481 /483/485/487 для корпусов
DIP/SO
Таблица 3.32. Назначение выводов ИС МАХ481/483/485/487-491
МАХ481/483/
485/487
DIP/SO цМАХ
1 3
Вывод
МАХ488/490
DIP/SO jiMAX
2 4
MAX
Обоз-
489/491 начение Назначение
DIP/SO!
2 | RO
Rl
DE
Dl
Выход приемника: если А > В на 200 мВ,
то на RO установится высокий уровень
напряжения, а если А < В на 200 мВ -
низкий
Сигнал включения выхода приемника.
RO включен, если на GI низкий уро-
вень напряжения; если высокий - RO
находится в состоянии высокого вход-
ного сопротивления
Сигнал включения выхода передатчи-
ка. Выходы передатчика Y и Z включе-
ны, если на DE высокий уровень на-
пряжения; если низкий - они
находятся в состоянии высокого вход-
ного сопротивления. Когда выходы пе-
редатчика включены, то ИС работает
в качестве передатчика линии связи.
Когда же выходы передатчика нахо-
дятся в состоянии высокого аходного
сопротивления, микросхема работает
в качестве приемника линии связи
(если на РТЕ низкий уровень напряже-
ния)
Вход передатчика. Если на DI подан
низкий уровень напряжения, то на вы-
ходе Y установится низкий уровень,
а на Z - высокий. Соответственно вы-
сокий уровень на DI устанавливает вы-
ходы Y и Z в состояния высокого
и низкого уровня
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС fi49]
Таблица 3.32. Назначение выводов ИСМАХ481/483/485/487-491 (окончание)
МАХ481/483/
485/487
DIP/SO
5
-
-
6
-
7
-
8
-
цМАХ
7
-
-
8
-
1
-
2
—
Вывод
МАХ488/490
DIP/SO
4
5
6
-
8
-
7
1
-
цМАХ
6
7
8
-
2
-
1
3
-
МАХ
489/491
DIP/SO
6.7
9
10 ,
-
12
-
11 |
14 ,
1.8.
13
Обоз-
начение
GND
Y
Z
А
А
В
В
Vcc
N.C.
Назначение
«Земля»
Неинвертированный выход передатчика
Инвертированный выход передатчика
Неинвертированный вход приемника
и неинвертированный выход передатчика
Неинвертированный вход приемника
Инвертированный вход приемника
и инвертированный выход передатчика
Инвертированный вход приемника
: Положительное напряжения питания:
от 4,75 До 5,25 В
Не подключен (нет внутреннего
соединения)
Таблица 3.33. Выходные сигналы передатчиков ИС МАХ481/483/485/487 при различных значениях
входных и управляющих сигнапов
Состояние
безразлично
Состояние
безразлично
0
1
Входы
DE
1
1
0
0
DI
1
0
Состояние
безразлично
Состояние
безразлично
Z
0
1
Вые. вх. сопр.
Вые. вх. сопр/
Выходы
Y
1
0
Вые. вх. сопр.
Вые. вх. сопр/
Примечание к табл. * - режим отключения (shutdown) для МАХ481/483/487.
Таблица 3.34. Выходные сигналы приемников ИС МАХ481/483/485/487 при различных значениях
входных и управляющих сигналов
н!
Входы
DE
А-В
Выход
RO
0
0
0
1
0
0
0
0
Не менее +0,2 В
Не более -0,2 В
Входы не подключены
Состояние безразлично
1
0
1
Вые. вх. сопр.*
Примечание к табл. * - режим отключения (shutdown) для МАХ481/483/487.
П501 СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Таблица 3.35. Сравнительные характеристики ИС МАХ481 /483/485/487/488/489/490/491
СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.123. Типовая схема подключения ИСМАХ488-491 при организации попнодуплексной сети
по стандарту RS-485 (выводы EF и DE только для МАХ489/491)
yVMXI>VI
МАХШ-МАХ491
Рис. 3.124
Типовая схема подключения ИС МАХ488-491
при использовании в качестве ретранслятора (выводы
RF и DE только для МАХ489/491)
УИИХ1УИ
ШХ488
MAX4S9
МАХ490
ШХ491
СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.123. Типовая схема подключения ИСМАХ488-491 при организации попнодуплексной сети
по стандарту RS-485 (выводы EF и DE только для МАХ489/491)
yVMXI>VI
МАХШ-МАХ491
Рис. 3.124
Типовая схема подключения ИС МАХ488-491
при использовании в качестве ретранслятора (выводы
RF и DE только для МАХ489/491)
УИИХ1УИ
ШХ488
MAX4S9
МАХ490
ШХ491
4. МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
4.1. Основные мостовые схемы и их работа
Эта глава посвящена мостовым схемам, которые часто применяются с измери-
тельными усилителями. Основные методы проверки и поиска неисправностей
в подобных устройствах рассмотрены в главе 6.
В табл. 4.1 приведены характеристики ряда прецизионных измерительных уси-
лителей, а в табл. 4.2 и 4.3 - краткие сведения о преимуществах и недостатках наи-
более известных схем согласования для мостов постоянного тока. Характеристики,
перечисленные в табл. 4.1-4.3, например коэффициент ослабления синфазного сиг-
нала (КОСС), более подробно описаны в главе 6. Отметим, что в схемах этой главы
звездочкой обозначены пленочные резисторы с точностью 1% (если не указано иное).
4.1.1. Мостовой измерительный усилитель
На рис. 4.1 показана схема измерительного усилителя с 350-омным мостовым дат-
чиком. Специальный тензометрический датчик давления типа BLH/DHF-350 обес-
печивает выходное напряжение 3 мВ на каждый вольт напряжения питания моста.
Опорное напряжение A0 В), вырабатываемое микросхемой LT1021, через буфер-
ный повторитель, выполненный на ИС А1А и А2, подается для питания мостовой
схемы, а также на отдельный выход и может быть использовано в качестве опоры
аналого-цифрового преобразователя для получения результата измерения в виде от-
носительной (процентной) величины (см. главу 9). Усилитель A3 (с коэффициен-
том усиления 100) выделяет разностный сигнал моста и подает его на дополнитель-
ный усилитель А1В с регулируемым в небольших пределах усилением. Схему на
рис. 4.1 можно откалибровать таким образом, чтобы уровень сигнала на выходе был
равен точно 10 В при давлении, соответствующем максимуму выбранной шкалы.
Чтобы подстроить схему, вначале при нулевом давлении регулировкой «Нуль» (пе-
ременный резистор 10 кОм) добейтесь нулевого значения сигнала на выходе. Затем
установите максимальное значение давления и регулировкой «Усиление» (перемен-
ный резистор 1 кОм) - получите требуемое максимальное значение выходного на-
пряжения. Повторяйте эти процедуры до тех пор, пока не зафиксируете обе точки
отсчета. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 5.)
МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
Таблица 4.1. Характеристики прецизионных измерительных усилителей
Параметр
Напряжение
смещения нуля
Дрейф напряжения
смещения нуля
Ток смещения
Шум @.1-10 Гц)
Коэффициент
усиления
Разброс КусяЛ
Дрейф коэффициента
усиления
Нелинейность
усиления
Коэффициент
ослабления
синфазного сигнала
Источник литания
Ток потребления
Максимальная
скорость нарастания
выходного напряжения
Ширина полосы
пропускания
LTC11OO
ЮмкВ
100 нВ/*С
50 пА
2 мкВ (размах)
100
0,03%
0.000004/*С
0,000008
104 дБ
Одно- или
двухполярное.
в сумме
не более 18 В
2,2 мА
1,5В/мкс
8 кГц
LTC11O1
160 мкВ
2 мкВ/"С
8нА
0,9 мкВ
10.1
0,03%
0,000004/"С
0,000008
100 дБ
Одно- или
двухполярное.
в сумме
не более 18 В
105 мкА
0,07 В/мкс
33 кГц
LTC11O2
500 мкВ
2,5 мкВ/"С
50 пА
2,8 мкВ
10.1
0.05%
0.000005/*С
0.00001
ЮОдБ
Двухполярное,
в сумме
не более 44 В
5мА
25 В/мкс
220 кГц
LTC1043
(с использованием
усилителя LTC1050)
0,5 мкВ
50 НВ/*С
10 пА
1,8 мкВ
Программируемое
сопротивление
Возможное значение = 0,001%
(ограничено
сопротивлением)
Возможное значение
< COOOOOiyC (ограничено
сопротивлением)
Возможное значение =
= 0,000001 (ограничено
сопротивлением)
160дБ
Одно- или двухполярное.
в сумме не более 18 В
2мА
1 мВ/мс
10 Гц
4.1.2. Мостовой датчик давления с цепью автоматического регулирования
На рис. 4.2 показан вариант уменьшения напряжения синфазной ошибки мосто-
вого датчика. ИС А1 управляет транзистором Q1, который удерживает напряже-
ние в средней точке моста равным нулю во всем диапазоне рабочих режимов.
350-омный резистивный мост с напряжением питания 10 В в сочетании с усилите-
лем А1 обеспечивает возможность установки стабильной рабочей точки, что позво-
ляет устранить синфазное напряжение ошибки даже при однопроводном подклю-
чении измерительного усилителя. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 5.)
4.1.3. Малошумящий мостовой усилитель
с подавлением синфазных сигналов
На рис. 4.3 показана схема, отличающаяся от изображенной на рис. 4.2 исполь-
зованием малошумящих биполярных усилителей. Она обладает несколько боль-
шим дрейфом напряжения сдвига и более низким уровнем шумов. Такая схема
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА ПИТ
Таблица 4.2. Варианты схем согласования для мостов постоянного тока
Конфигурация Преимущества
Недостатки
в» Лучший выбор а общем случае. Простая
схема. Коэффициент ослабления синфазного
сигнала (КОСС) обычно больше 110 дБ,
дрейф напряжения смещения - 0,05-2 мкВ/"С,
точность соблюдения коэффициента
усиления - 0,03%, дрейф коэффициента
усиления - 0,000004/°С, шум - 10 нВ -
1,5 мкВ для УПТ со стабилизацией
прерыванием. Прямой выход опорного
напряжения
КОСС > 120 дБ, дрейф напряжения
смещения - 0,05 мкВ/°С. Возможно
„. достижение точности соблюдения
коэффициента усиления 0,001%. Дрейф
коэффициента усиления - 0,000001/°С при
использовании надлежащих резисторов.
Шум - 10 нВ - 1.5 мкВ/Гц1/г для УПТ
со стабилизацией прерывением. Прямой
выход опорного напряжения. Простая
подстройка усиления. Применение
коммутируемого конденсатора обеспечивает
низкочастотную фильтрацию. Хороший
вариант при высоких требованиях
к характеристикам устройства - применение
монолитной версии (LTC1043)
КОСС > 160 дБ, дрейф напряжения смещения -
от 0,05 до 0,25 мкВ/*С. Возможно достижение
точности соблюдения коэффициента усиления
до 0,001%. Дрейф коэффициента усиления -
0,000001/"С при использовании надлежащих
резисторов и соответствующей стабильности
питающих напряжений, возможен уровень
шума 1 нВ/Гц1/2, простая подстройка
коэффициента усиления
КОСС -140 дБ, дрейф напряжения
смещения - 0,05-0,25 мкВ/°С. Возможно
достижение точности соблюдения
" коэффициента усиления до 0,001%. Дрейф
коэффициента усиления - 0,000001/°С при
использовании надлежащих резисторов
и соответствующей стабильности питающих
напряжений, возможен уровень шума
1 нВ/Гц1/2. Простая подстройка
коэффициента усиления
Коэффициент ослабления
синфазного сигнала, дрейф
и стабильность коэффициента
усиления могут не вполне
соответствовать требованиям
наиболее высокоточных схем.
Может потребоваться второй каскад
для подстройки усиления
Средняя степень сложности
изготовления. Ограниченная
полоса частот. Для установки
коэффициента усиления требуется
применение внешних резисторов
обратной связи
Требует применения плавающего
питания. Отсутствует прямой выход
опорного напряжения. Дрейф
плавающего питания ограничивает
коэффициент усиления. Для
установки усиления требуется
применение внешних резисторов
обратной связи
Отсутствует прямой выход опорного
напряжения. Напряжение пробоя
стабилитрона определяет усиление
и смещение нуля детчика. Для
установки усиления требуется
применение внешних резисторов
обратной связи. Низкое полное
сопротивление мостовой схемы
требует существенного тока от
источника управляющего напряжения
или заменяющей его схемы. Данный
вариант не является хорошим
выбором, если необходима высокая
точность
оптимальна в случаях, когда необходимо получить высокую разрешающую способ-
ность при измерении малых, медленно меняющихся величин. (См. «Linear Techno-
logy», Application Note 43, p. 6.)
4.1.4. Малошумящий мостовой усилитель со стабилизацией прерыванием
На рис. 4.4 показана схема, аналогичная изображенной на рис. 4.3, но в ней А1 -
усилитель со стабилизацией прерыванием, что позволяет уменьшить напряжение
[15б1 МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
Таблица 4.3. Дополнительные варианты схем согласования для мостов постоянного тока
Конфигурация Преимущества
Недостатки
КОСС > 160 дБ, дрейф напряжения смещения
0.05-0,25 мкВ/*С, возможно достижение
точности соблюдения коэффициенте
усиления до 0,001%, дрейф коэффициента
усиления 0,000001/"С при условии применения
соответствующих резисторов, простая
подстройка усиления, выход опорного
напряжения, возможно достижение уровня
шумов 1 нВ/Гц1Л
КОСС - 120-140 дБ, дрейф напряжения
смещения - 0,05-0,25 мкВ/"С, возможно
достижение точности соблюдения
коэффициента усиления до 0,001%, дрейф
коэффициента усиления - 0.000001/"С при
условии применения надлежащих резисторов,
простая подстройка усиления, прямой выход
опорного напряжения, возможно достижение
уровня шумов 1 нВ/Гц
КОСС - 160 дБ, дрейф напряжения
смещения - 0,05-0,25 мкВ/*С, возможно
достижение точности соблюдения
коэффициента усиления до 0,001%, дрейф
коэффициента усиления - 0.000001/*С.
простая подстройка усиления, прямой выход
опорного напряжения, возможно достижение
уровня шумов 1 нВ/Гц1Л
Высокие требования к напряжению
смещения нуля, обычно используется
в изолированных усилителях, для
установки усиления нужны внешние
резисторы обратной связи
Требует следящих источников
питания. Подразумевается высокая
степень симметричности мостовой
схемы с целью достижения более
высокого КОСС. Для установки
усиления применяются внешние
резисторы обратной связи
На практике для реализации схемы
требуются два усилителя плюс
различные дискретные компоненты.
Необходим источник напряжения
отрицательной полярности
Рис. 4.1. Измерительный усилитель с мостовым датчиком давления
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА ГП57]
Рис. 4.2
Мостовой датчик
давления с целью
автоматического
регулирования
Рис 4.3
Малошумящий мостовой
усилитель с лодавлением
синфазных сигналов
сдвига. С помощью усилителя А1 измеряется ошибка по постоянному току на вхо-
дах усилителя А2, и полученный таким образом сигнал подается в качестве напря-
жения смещения на второй вход усилителя А1, чтобы снизить напряжение сдвига
на выходе схемы до нескольких микровольт. Усилитель А2 подключен таким об-
разом, что система стабилизации всегда работает в пределах линейного участка
регулировочной характеристики. Конденсатор емкостью 0,01 мкФ ограничивает
полосу пропускания усилителя А1 областью низких частот, в то время как усили-
тель А2 обеспечивает обработку высокочастотной части спектра поступающего
сигнала. Подача напряжения обратной связи с выхода усилителя А2 в среднюю
точку моста позволяет устранить влияние усилителя А4 на напряжение сдвига.
В противном случае пришлось бы применить подобную петлю коррекции напряже-
ния сдвига для усилителя А4. В целом схема имеет дрейф нуля менее 0,05 мкВ/°С,
[158] МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
Рис. 4.4» Малошумящий мостовой усилитель со стабилизацией прерыванием
уровень шумов - 1 нВ/Гц1/2 и коэффициент ослабления синфазного сигнала, пре-
вышающий 160 дБ. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 6.)
4.1.5. Мостовой усилитель с одним источником питания
и подавлением синфазных сигналов
На рис. 4.5 показана схема, аналогичная изображенной на рис. 4.4, но с одним ис-
точником питания. В ней используется преобразователь положительного напряже-
ния в отрицательное (LTC1044), который смещает вход усилителя А1 и связанную
с ним среднюю точку моста к уровню 0 В. Эта петля местной обратной связи позво-
ляет усилителю А2 даже при однопроводном подключении выделить разностный
сигнал мостовой схемы. Применение резистивно-емкостного фильтра с сопро-
тивлением 100 кОм и емкостью 0,33 мкФ позволяет минимизировать шумы.
Коэффициент усиления А2 устанавливается в соответствии с используемой из-
мерительной шкалой. Так как питание на мостовую схему поступает от стаби-
лизированного источника опорного напряжения, выполненного на микросхеме
LT1034, выход усилителя А2 не подвержен влиянию колебаний напряжения пи-
тания. Несмотря на то что напряжение питание схемы равно 5 В, напряжение, по-
даваемое на мост, составляет всего 2,4 В. Такое малое напряжение питания моста
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА fiWI
Рис. 4.5. Мостовой усилитель с одним источником литания и подавлением синфазных сигналов
приводит к снижению величины разностного сигнала и соответственно к увеличе-
нию ошибок за счет дрейфа нуля усилителя А2. Предел снижения напряжения
питания моста определяется выходным сопротивлением КМОП ИС LTC1044.
Использован датчик давления типа BLH/DHF-350. Выводы обозначены буквами
в кружках. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 7.)
4.1.6. Мостовой усилитель с высокой разрешающей способностью
и одним источником питания
На рис. 4.6 показана схема, подобная изображенной на рис. 4.5, но обладающая
более высокой разрешающей способностью. В ней используется интегральный
преобразователь положительного напряжения в отрицательное типа LT1054, име-
ющий, по сравнению с предыдущим, малое выходное сопротивление. При этом раз-
ность потенциалов на мостовой схеме может достигать 8 В, что требует от LT1054
тока 24 мА, хотя эта ИС способна обеспечивать ток нагрузки до 100 мА. Такой ва-
риант позволяет более эффективно использовать схему и приводит к увеличению
соотношения сигнал/шум. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 7.)
4.1.7. Схема для точного измерения веса
На рис. 4.7 показана мостовая схема с переключаемыми конденсаторами, которая
используется для измерения веса (в данном случае человеческого тела). Разреша-
ющая способность равна 0,01 фунта A фунт = 0,406 кг) при максимальном значе-
нии шкалы измерений в 300 фунтов. Для калибровки схемы установите с помо-
щью переменного резистора «подстройки нуля» уровень выходного напряжения
Выход опорного напряжения 1.2V
' на АЦЛ с входным током
не более 0,1А
Выходное напряжение
ь_ от 0 до 3,5V соответствует
изменению давления
от 0 до 350 фунтов/u. дюйм
Гпо1 мостовые схемы
Рис. 4*6» Мостовой усилитель с высокой разрешающей способностью и одним источником питания
равным О В при отсутствии груза на весовой платформе. Затем отрегулируйте
увеличение выходного напряжения до 3 В при наличии груза в 300 фунтов на
платформе. Повторяйте процедуры до тех пор, пока не зафиксируете обе точки
отсчета. В схеме использованы конденсатор 0,68 \i? с полистироловым диэлект-
риком, тензоплатформа NCI 3224 и резисторы (обозначенные звездочкой) типа
105А фирмы ULTRONIX. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 8.)
t?
iKEKUTT-ncKMOHSSMao
Рис. 4.7. Схема для точного измерения веса
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА ГТбТ
4.1.8. Мостовая схема с «плавающим» входом
На рис. 4.8 показана мостовая схема с переключаемыми конденсаторами, с оптичес-
кой связью и «плавающим» входом. Коэффициент подавления синфазного сигнала
для входных каскадов превышает 160 дБ_ Усилитель сохраняет работоспособность
при изменении уровня синфазного сигнала в пределах от -200 до +200 В. Точность
поддержания установленного коэффициента усиления и стабильность работы огра-
ничены только внешними резисторами. Дрейф напряжения смещения составляет
0,05 мкВ/°С. Оптическое управление МОП транзисторами позволяет устранить
проблемы накопления заряда, свойственные схемам с переключаемыми конденса-
торами на полевых транзисторах. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 10.)
4.1.9. Мостовой резистивный датчик температуры
На рис. 4.9 показана мостовая схема с линеаризованным платиновым резистивным
датчиком температуры типа 118MFRTD, подключенным к «земле» с целью повы-
шения эффективности подавления шумов. На одно плечо моста поступает напря-
жение смещения, а другое плечо, в которое включен чувствительный элемент RTD
датчика, управляется источником тока. Это позволяет получить прямо пропорци-
ональную зависимость падения напряжения на RTD от изменения величины тем-
лературно-зависимого сопротивления. Разность между этим падением напряжения
Рис. 4.8. Мостовая схема с «плавающим» входом
fl62l МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
и постоянным напряжением в средней точке другого плеча моста образует выходное
напряжение мостовой схемы. Для калибровки схемы замените сопротивление Rp точ-
ным декадным магазином сопротивлений (General Radio 1432 кОм). Задайте значе-
ние сопротивления магазина равным 100 Ом, что соответствует температуре 0 "С,
и отрегулируйте смещение так, чтобы получить на выходе напряжение 0 В. Затем
замените сопротивление на 154,26 Ом, что соответствует температуре 140 °С,
и откорректируйте коэффициент усиления для получения на выходе напряжения
в 3,5 В. Далее установите сопротивление магазина равным 249 Ом (для температу-
ры 400 °С) и при помощи регулировки линейности добейтесь, чтобы напряжение на
выходе составляло 10 В. Повторяйте эти действия до тех пор, пока не зафиксируете
все три точки отсчета. Общая погрешность во всем диапазоне измерений не должна
превышать ±0,05 °С. Приводимые сопротивления рассчитаны для чувствительного
элемента, имеющего номинальное сопротивление 100 Ом при температуре 0 "С. При
отклонении сопротивления чувствительного элемента от этой величины его все же
можно использовать, но с другими калибровочными значениями регулировочных
сопротивлений. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 11.)
Рис. 4.9. Схема с мостовым платиновым резистивным датчиком температуры
4.1.10. Резистивный датчик температуры с переключаемым конденсатором
На рис. 4.10 показан вариант схемы, приведенной на рис. 4.9, в которой использу-
ется переключаемый конденсатор, а усилители А2 и A3 заменены на ИС LTC1043.
Однопроводное подключение источника тока и усилителя выходного разностного
сигнала моста выполняется с помощью микросхемы LTC1043. Малое значение
величины напряжения сдвига в источнике тока и выходном каскаде обуслов-
лено отсутствием усиления в ИС LTC1043. Главный критерий выбора между
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА ПбЗ
Рис. 4.10. Схема с мостовым ппатиновым резистивным датчиком темперотуры и переключаемым
конденсатором
двумя указанными схемами - соотношение между количеством компонентов
и стоимостью изделия. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 12.)
4.1.11. Терморезисторный мост с линейным выходом
На рис. 4.11 показано применение терморезистора в одном из плеч моста. Регули-
ровкой противоположного плеча значение выходного напряжения моста устанав-
ливается равным 0 В при температуре 0 °С. Усилители А1 и А2 дают возможность
Выходное напряжение от 0 до 10V
соответствует температуре от 0
до100'С±0,25"С
51.1k*
^500 П
Подстройка
для температуры 100 *С
Рис. 4.11. Схема с терморезисгорным мостом и линейным выходом (Т1 - типа YELLOWSPRINGS # 44201)
ГТб41 МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
дополнительной коррекции коэффициента усиления для окончательной калиб-
ровки выхода. Она производится таким же образом, как и для схемы платинового
резистивного температурного датчика - рис. 4.9 и 4.10. (См. «Linear Technology»,
Application Note 43, p. 17.)
4.1.12. Мостовая схема с малой потребляемой мощностью
На рис. 4.12а приведена схема, аналогичная изображенной на рис. 4.1, но в данном
случае напряжение питания мостовой цепи понижено до 1,2 В. Таким образом,
величина тока мостовой цепи понижается с 30 до 3,5 мА. Считывание значений
0,01% при напряжении питания 350-омного тензодатчика 10 В (рис. 4.1) требует
разрешающей способности 3 мкВ. Для схемы, показанной на рис. 4.12а, необходи-
ма разрешающая способность 360 нВ. Схема на рис. 4.126 аналогична предыдущей,
но в ней значение тока мостовой цепи снижено до величины, меньшей 700 мкА.
(См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 18.)
4.1.13. Периодическое включение мостового тензодатчика
На схеме рис. 4.13 (производной от схемы, представленной на рис. 4.6) показан
способ уменьшения потребляемой мощности с одновременным сохранением уров-
ня выходного сигнала мостовой цепи. Такое техническое решение приемлемо в том
случае, когда на выходе не требуется непрерывный сигнал - большую часть вре-
мени схема находится в состоянии покоя и включается только на относительно
короткий период. Типичный случай применения такого варианта - выполнение
опросов удаленных датчиков о весе резервуаров один раз в неделю. Значение тока
в состоянии покоя приблизительно равно 150 мкА, нормальное значение тока во
включенном состоянии - 50 мА. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 19.)
4.1.14. Импульсной режим работы мостового тензодатчика
На рис. 4.14 показан мостовой тензодатчик, работающий в импульсном режиме.
На рис. 4.15 изображены осциллограммы сигналов на выходе ИС А1А (А), на
эмиттере Q1 (В), на выходе ИС 74С221 (С) и на выходе ИС А2 (D). Импульсный
характер работы задается последовательностью тактовых сигналов. Во включен-
ном состоянии схема находится не более 250 мкс при частоте повторения около
2 Гц. Такое соотношение позволяет ограничить уровень потребления тока пример-
но до 200 мкА. Генератор А1А выдает импульсы длительностью 250 мкс каждые
500 мс (сигнал А, см. рис. 4.15). При калибровке нужно установить нулевой уро-
вень и коэффициент усиления. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 20.)
4.1.15. Мостовой датчик с устройством выборки-хранения
На рис. 4.16 показан мостовой датчик, работающий по командам разрешения и с не-
прерывной выдачей сигнала. На рис. 4.17 приведены осциллограммы сигналов на
коллекторе Q2 (А), на выходе LT1021 (В), на выходе А1 (С) и на входе SI (D).
Непрерывность выдачи выходного сигнала поддерживается с помощью добавлен-
ного в схему устройства выборки-хранения (УВХ). Транзистор Q2 выключен, если
сигнал разрешения находится в состоянии низкого уровня. При этом только мик-
росхемы А2 и S1 потребляют энергию, в результате чего значение тока потребле-
ния становится меньше 60 мкА. При переходе сигнала разрешения в состояние вы-
сокого уровня транзистор Q2 (сигнал А на рис. 4.17) открывается и обеспечивает
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА ГТб5~
Рис. 4.12. Мостовоя схема с малой потребляемой мощностью: а) с напряжением питания моста 1,2 В
(датчик давления типа BLH/DHF-350); б) с током моста менее 700 мкА (датчик давления MOTOROLA
МРХ2200АР)
подачу питания на все остальные элементы схемы. В течение выборки ток пи-
тания достигает 20 мА, но при частоте повторения выборок 10 Гц эффективное
значение тока потребления снижается до 250 мкА. За счет понижения частоты
ГТбб1 МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
Рис. 4.13. Схема с периодическим включением мостового тензодатчика
+9V
Рис. 4.14. Схема с импульсным режимом работы мостового тензодатчика
повторения выборок можно было бы еще уменьшить эффективное значение тока
потребления, но этого не позволяет сделать большая скорость разряда конденса-
тора С1 (около 1 мВ/100 мс). К тому же при частоте повторения 10 Гц обеспе-
чивается вполне достаточная для большинства преобразователей ширина полосы
пропускаемых частот. Разброс чувствительности преобразователей (номинальное
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА Гщ]
Рис. 4.15
Осциллограммы для импульсного режима работы
мостового тензодатчика
значение 3 мВ/В) компенсируется регулировкой усиления с помощью перемен-
ного резистора сопротивлением 1 МОм. Точность хранения сигнала на выходе А2
достаточна для 12-разрядных систем. Хотя выходной сигнал выдается непрерыв-
но, информация обновляется с частотой 10 Гц, и это следует учитывать при даль-
нейшей обработке сигнала датчика, имея в виду известный критерий Найквиста.
(См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 21.)
Рис. 4.16. Схема мостового датчика с УВХ
Примечание к рис. ** - полистироловый конденсатор.
Горизонтальная шкала = 200 мкс/дел.
Рис. 4.17
Осциллограммы сигналов мостового датчика с УВХ
[Tie] мостовые схемы
4.1.16. Мостовой датчик высокой разрешающей способности с УВХ
На рис. 4.18 показана мостовая схема с высокой разрешающей способностью
и УВХ на выходе. На рис. 4.19 приведены осциллограммы сигналов на выходе уси-
лителя А1А (А), на эмиттере Q3 (В), на выходе контура с усилителем А2, форми-
рующего импульс обратной полярности для питания нижней вершины моста (С),
а также импульса на затворе Q5 (D), который формируется схемой задержки 74С221.
В данном случае на мостовой 350-омный датчик вместо 10 В кратковременно
Рис. 4.18. Мостовой датчик высокой разрешающей способности с УВХ
Горизонтальная шкала=200 мкс/дел.
Рис. 4.19
Осциллограммы сигналов мостового датчика
высокой разрешающей способности с УВХ
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА [Тб9]
подается импульс с амплитудой 100 В. Высокое напряжение питания приводит
к пропорциональному увеличению выходного сигнала моста без возрастания рас-
сеиваемой мощности на нем. В среднем ток питания мостовой схемы оказывается
значительно ниже номинального B9 мА), который получается при питании моста
постоянным напряжением 10 В. Комбинация моста с десятикратно увеличенным
выходным сигналом C00 мВ вместо 30 мВ) и усилителя со стабилизацией преры-
ванием в каскаде выборки-хранения позволяет достичь высокой разрешающей
способности. В процессе калибровки с помощью переменного резистора сопротив-
лением 50 кОм добиваются нулевого выходного сигнала при отсутствии механи-
ческого воздействия на мост. Хотя выходной сигнал и выдастся непрерывно, нуж-
но помнить, что на самом деле информация обновляется с частотой 1 Гц и при се
последующей обработке необходимо учитывать критерий Найквиста. (См. «Linear
Technology», Application Note 43, p. 23.)
4.1.17. Синхронный мостовой демодулятор с питанием переменным током
На рис. 4.20 приведена схема, в которой мостовая цепь объединена с синхронным
детектором для лучшего подавления шумов. На рис. 4.21 показаны осциллограммы
сигналов демодулятора. Осциллограммы А - F показывают соответственно сигналы
на входе трансформатора Т1, на входе усилителя А1, такты коммутатора LTC1043,
сигналы на выходе усилителя А1, на неинвертирующем входе усилителя А2 и на
выходе А2. Колебание несущей частоты возбуждает мостовую схему и синхрони-
зирует демодулятор. Источником сигнала здесь служит термисторный мост, кото-
рый обеспечивает отслеживание даже чрезвычайно малых температурных изме-
нений в биохимической камере микрокалоримстрических реакций. В процессе
Рис. 4.20. Схема синхронного мостового демодулятора с питанием переменным током
fi70l МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
Рис 4.21
Осциллограммы для синхронного мостового
демодулятора с питанием переменным током
калибровки регулировку фазы установите в положение, при котором ключ будет
менять свое состояние при каждом переходе напряжения несущей через нулевой
уровень. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 24.)
4.1.18. Мостовая схема, работающая в заданном временном интервале
На рис. 4.22 показана мостовая схема, которая работает в течение заданного про-
межутка времени и удобна при измерении емкостей. Если ключ замкнут, то на
выходе компаратора присутствует напряжение высокого уровня. Если ключ нахо-
дится в разомкнутом состоянии, то емкость Сх заряжается. Когда потенциал на
емкости превысит пороговое значение напряжения, установленного для неинвер-
тирующего входа компаратора, выход переключается в состояние с низким уров-
нем напряжения. Время, которое проходит с момента размыкания ключа до пере-
ключения компаратора, пропорционально значению емкости конденсатора Сх.
Схема нечувствительна к изменениям питания и частоте повторения импульсов
и может обеспечить достаточно высокую точность работы, если постоянная време-
ни заряда емкости остается намного большей, чем задержки срабатывания компара-
тора и ключа. Задержка срабатывания ИС LT1011 составляет примерно 200 не, для
И С LTC201A - 450 не. Тогда, чтобы обеспечить точность 1%, постоянная времени
цепи, содержащей конденсатор Схи последовательно включенный резистор, долж-
на быть не меньше 65 мкс. Если емкость конденсатора слишком мала, может быть
заметно влияние накопления заряда переключения. В этом случае переключение
должно выполняться путем попеременной подачи на мостовую схему напряжения
питания с уровнями 0 и +15 В. (См. «linear Technology», Application Note 43, p. 27.)
4.1.19. Генератор прямоугольных импульсов
На рис. 4.23 показана схема генератора на базе устройства, представленного на
рис. 4.22. По сути, это классический мультивибратор на операционном усилителе.
Плечо моста с резисторами 10 и 20 кОм задает напряжение точек переключения,
к уровню которых стремится напряжение на конденсаторе Сх в процессе заряда
через второй резистор с сопротивлением 10 кОм. Когда напряжение на конденса-
торе Сх достигает значения точки переключения, выход усилителя резко меняет
свое состояние на противоположное. Направление заряда конденсатора также ста-
новится противоположным, поддерживая тем самым незатухающие колебания.
Частота колебаний зависит от компонентов мостовой схемы (это справедливо для
частот, период которых существенно превышает время задержки усилителя).
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА [ТгГ
Рис. 4.22. Мостовая схема, работающая
в заданном временно/и интервале
Рис. 4.23. Генератор прямоугольных
импульсов
Напряжение сдвига на входе усилителя и нестабильность напряжений питания
практически не влияют на стабильность частоты колебаний. Определенное влия-
ние оказывают здесь степень насыщения усилителя и асимметрия питающих на-
пряжений. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 27.)
4.1.20. Генератор с кварцевой стабилизацией частоты
На рис. 4.24 показан мостовой генератор с кварцевой стабилизацией частоты,
причем резонатор включен в одно из плеч моста. При удалении кварцевого резо-
натора схема работает как неинвертирующий усилитель с заземленным входом
и коэффициентом усиления, равным 2. При установке в схему кварцевого резо-
натора цепь положительной обратной связи замыкается на его резонансной час-
тоте. На рис. 4.25 представлены осциллограммы сигналов генератора. Напряже-
ние на выходе усилителя (А) начинает изменяться при приближении к нулевой
разности потенциалов между входами усилителя, то есть вблизи баланса моста.
Однако большое усиление цепи не допускает установления линейного режима ра-
боты, и колебания повторяются каждый раз при подходе к балансу моста. Высокая
Рис. 4.24. Схема генератора с кворцевой
стабилизацией частоты
Горизонтальная шкала = 20 мкс/дел.
Рис. 4.25. Осциллограммы генератора
с кварцевой стабилизацией частоты
[172] МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
добротность кварцевого резонатора проявляется в том, что сигнал на неинвер-
тирующем входе усилителя имеет синусоидальную форму (осциллограмма В).
(См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 27.)
4.1.21. Генератор гармонических колебаний
с кварцевой стабилизацией частоты
На рис. 4.26 показана схема мостового генератора гармонических колебаний с квар-
цевой стабилизацией частоты, причем в одно плечо моста включена лампа накали-
вания (классическая схема). При нарастании амплитуды колебаний сопротивление
лампы возрастает, что приводит к снижению усиления, и схема автоматически дос-
тигает точки равновесия. Конденсатор емкостью 15 пФ подавляет побочные ко-
лебания. На рис. 4.27 приведены осциллограммы сигналов в цепях генератора. На
выходе усилителя (А) присутствуют гармонические колебания с уровнем нелиней-
ных искажений около 1,5% (В), которые обусловлены прежде всего наличием синфаз-
ной помехи. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 28.)
Рис. 4.26. Схема генератора гармонических
колебаний с кварцевой стабилизацией частоты
Горизонтальная икала = 20 мкс/дел.
Рис 4.27. Осциллограммы сигналов для
генератора гармонических колебаний
с кварцевой стабилизацией частоты
4.1.22. Генератор с кварцевой стабилизацией частоты
и подавлением синфазного сигнала
На рис. 4.28 показана схема мостового генератора с кварцевой стабилизацией ча-
стоты, подавляющего синфазные колебания за счет подключения второго усили-
теля. Такая конфигурация обеспечивает в средней точке мостовой схемы потенци-
ал «виртуальной земли». При этом амплитуда синфазного сигнала, поступающего
на входы усилителя, стремится к нулю, снижая тем самым уровень нелинейных
искажений выходного сигнала генератора. Из рис. 4.29 видно, что уровень нелиней-
ных искажений выходного сигнала (осциллограмма А) составляет менее 0,005% (ос-
циллограмма В). Измерение уровня нелинейных искажений сигналов рассматри-
вается в главе 6. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 28.)
4.1.23. Базовая схема генератора гармонических колебаний с мостом Вина
На рис. 4.30 представлена базовая схема генератора гармонических колебаний
с мостом Вина. В одно из плеч моста включена лампа накаливания аналогично
схемам на рис. 4.26 и 4.28. Частота колебаний составляет f •= 1/2 tcRC. При указан-
ных номиналах - f = 1000 Гц. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 29.)
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА |Т731
Рис. 4.28
Схема мостового генератора
с кварцевой стабилизацией
частоты и подавлением
синфазного сигнала
Рис. 4.29
Осциллограммы сигналов для мостового
генератора с кварцевой стабилизацией частоты
Горизонтальная шкала=20 мкс/дел. и подавлением синфазного сигнала
Рис. 4.30
Базовая схема генератора гармонических
колебаний с мостом Вина
4.1.24. Многодиапазонный генератор с мостом Вина
На рис. 4.31 приведена схема многодиапазонного генератора гармонических ко-
лебаний с мостом Вина. Рабочий диапазон частот составляет 20 Гц - 20 кГц
в трех декадных поддиапазонах с неравномерностью амплитуды не более 0,25 дБ.
Сдвоенные переменные резисторы согласованы с точностью 0,1%, точность всех
конденсаторов составляет 0,1%. Осциллограмма А на рис. 4.32 показывает фор-
му сигнала на выходе генератора на частоте 10 кГц, а осциллограмма В характе-
ризует уровень нелинейных искажений сигнала (менее 0,003%). На рис. 4.33
представлен график зависимости уровня нелинейных искажений от частоты сиг-
нала. (См. «Linear Technology», Application Note p. 43, p.p. 29, 30.)
МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
Рис. 4.31
Схема многодиапазон-
ного генератора
гармонических
колебаний с мостом
Вина
Горизонтальная шкала = 20 мкс/дел.
Рис. 4.32. Осциллограммы выходного сигнала
генератора на частоте 10 кГц
О 20 200 2к
Частота. Hz
Рис. 4.33. График зависимости уровня
нелинейных искажений от частоты сигнала
4.1.25. Генератор гармонических колебаний с мостом Вина
и электронной стабилизацией амплитуды сигнала
На рис. 4.34 показана схема генератора гармонических колебаний с мостом Вина
и с дополнительным каскадом электронной стабилизации амплитуды сигнала вместо
лампы накаливания. На рис. 4.35 представлены осциллограммы сигналов в схеме ге-
нератора. Осциллограмма А изображает выходной сигнал, осциллограмма В харак-
теризует уровень его нелинейных искажений, а осциллограмма С - уровень пульса-
ций на выходе выпрямителя, выполненного на ИС LT1055. (См. «Linear Technology»,
Application Note 43, p.p. 30,31.)
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА Г|75~
Рис. 4.34
Схема генератора гармони-
ческих колебаний с мостом
Вина и с электронной
стабилизацией амплитуды
сигнала
Рис. 4.35
Осциллограммы сигналов для генератора с мостом
Вина и с электронной стабилизацией амплитуды
Рис. 4.36
Схема высокостабильного
генератора с мостом Вина
МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
4.1.26. Высокостабильный генератор с мостом Вина
На рис. 4.36 показана схема, а на рис. 4.37 приведены осциллограммы сигналов
высокостабильного генератора с мостом Вина, который представляет собой вари-
ант устройства, представленного на рис. 4.34. Подстроенный резистор с сопротив-
лением 20 кОм, включенный в цепь Q1, позволяет снизить уровень искажений
сигнала до 0,0018% (осциллограмма В на рис. 4.37). (См. «Linear Technology»,
Application Note 43, p. 31.)
чапряжение) Горизонтальная шкала = 200 мкс/дел
Ри&4.37
Осциллограммы сигналов для высокостабильного
генератора с мостом Вина
Рис. 4.38. Схема генератора на мостовой цепи Вина с автоматической подстройкой сигнала
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА ГГ77~
4.1.27. Генератор с мостом Вина и автоматической подстройкой сигнала
На рис. 4.38 показана другая версия схемы, изображенной на рис. 4.34, с добавле-
нием функции автоматической подстройки для подавления искажений. Полевой
транзистор Q1 заменен сернисто-кадмиевым фотоэлементом, который управляет-
ся оптическим сигналом. Вместо ОУ LT1055 установлен операционный усилитель
с однополярным питанием, его неинвертирующий вход подключен к «земле». Уро-
вень искажения сигнала снижен до 0,0015%. Устройство, отмеченное **, - фото-
датчик VACTEC VTL5C10 или CLAREX CLM410; ОУ LT1010 и LT1115 с пита-
нием ±15 В; LT1006 с питанием +15 В. (См. «Linear Technology», Application Note
43, p. 33.)
4.1.28. Генератор с мостом Вина и подавлением синфазного сигнала моста
На рис. 4.39 представлена еще одна версия схемы, изображенной на рис. 4.34, в ко-
торой, помимо автоматической подстройки амплитуды сигнала, добавлена схема по-
давления синфазного сигнала моста (как на рис. 4.28). Выходной сигнал генератора
(осциллограмма А на рис. 4.40) содержит менее 0,0003% искажений (В) без види-
мой корреляции с остаточными колебаниями сигнала обратной связи. Указанный
Выход напряжения
с размахом 20 V
в диапазоне
частот 1,5-15 kHz
Рис. 4.39. Схема генератора с мостом Вина и подавлением синфазного сигнала
[ТИП МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
А = 2 В/дел.
В = 1 мВ/дел.
(искажения 0,0009%
по документации;
реально -0.0003%)
С в 0,1 В/дел.
(выпрямленное
|1врвМ©ННОв
напряжение)
Рис 4.40
Осциллограммы сигналов для генератора с мостом
Горизонтальная шкала=200 мкс/дел. Вина и подавлением синфазного сигнала
уровень искажений находится ниже порога чувствительности большинства анали-
заторов искажений. Устройство, отмеченное **, - фотодатчик VACTEC VTL5C10
или CLAREX CLM410; ОУ LT1010 и LT1115 с питанием ±15 В; LT1006 с питани-
ем +15 В. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p.p. 32,33.)
Рис 4.41. Схема вылрямителя/вольтметра переменного тока с диодным мостом
Рис 4.42
, Осциллограммы сигналов в цепях вольтметра
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА [U9]
4.1.29. Выпрямитель/вольтметр переменного тока с диодным мостом
На рис. 4.41 изображена схема для получения на выходе униполярного напряже-
ния (как постоянного, так и переменного) при поступлении на вход сигналов час-
тотой до 2,5 МГц. На рис. 4.42 показаны осциллограммы сигналов в цепях устрой-
ства. На осциллограмме А - входное гармоническое колебание, В и С характеризуют
вид сигналов в переключаемых узлах моста, D изображает выходной сигнал пере-
менного тока, а Е - это увеличенный вариант осциллограммы D. В процессе ка-
либровки следует подать на вход гармоническое колебание частотой от 1 до 2 МГц
и амплитудой 1 В, а затем отрегулировать компенсацию задержки так, чтобы при
пересечении гармоническим колебанием нуля происходило переключение моста.
Схема работоспособна в этом режиме при небольших значениях задержки в це-
пях усилителя LT1016 и преобразователей уровня. Далее нужно подстроить ком-
пенсацию сдвига по фазе до достижения минимальных искажений выходного
сигнала переменного тока (диаграмма D). Это позволит снизить фазовую задер-
жку сигналов управления мостом относительно входного сигнала до 1-2 не. Тем
самым искажения выходного сигнала при переключениях устройства будут све-
дены к минимуму. При подаче на вход гармонического колебания с амплитудой
100 мВ передача на выход стабильного сигнала постоянного тока обеспечивается
с точностью не менее 0,25%. Транзистор p-n-р типа 2N2407A, транзистор п-р-п
типа 2N2369. (См. «Linear Technology», Application Note 43, p. 34.)
5. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
5.1. Основные быстродействующие схемы и их работа
В этой главе рассказывается о быстродействующих (широкополосных) схемах, ко-
торые строятся преимущественно на базе операционных усилителей или представ-
ляют собой дополнительные варианты использования возможностей операционных
усилителей. Вопросы тестирования, поиска и устранения неисправностей этих уст-
ройств подробно рассматриваются в главе 6. Отметим, что в схемах этой главы звез-
дочкой обозначены пленочные резисторы с точностью 1% (если не указано иное).
5.1.1. Усилитель ЦАП
На рис. 5.1 показан усилитель выходного сигнала быстродействующего 12-разрядно-
го ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь, см. главу 9). На рис. 5.2 представлена
осциллограмма установления выходного сигнала с точностью до 0,01% за 280 не (В)
для случая, когда все биты входного кода одновременно (скачком) переходят в со-
стояние «Включено» (А). (См. «Linear Technology», Application Note 47, p. 32.)
Рис 5.1
Схема усилителя ЦАП
5.1.2. Двухканальный видеоусилитель
На рис. 5.3 показан простой вариант объединения сигналов двух видеоусилителей
для передачи по 75-ом ному кабелю. Нужный усилитель активизируется согласно
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА Гщ"
Рис 5.2
Осциллограммы сигналов усилителя ЦАП
таблице истинности (см. табл. 5.1). К усилителям подобного назначения предъяв-
ляются жесткие требования в отношении разности коэффициентов усиления (не
более 0,02%) и дифференциального фазового сдвига (не более 0,Г). Включение
последовательно с 75-омным кабелем дополнительного резистора с сопротивле-
нием 75 Ом (согласование по входу) приводит к тому, что при размахе напряже-
ния на входе кабеля 2 В размах напряжения на согласованной нагрузке будет ра-
вен 1 В. (См. «Linear Technology», Application Note 47, p. 33.)
Рис 5.3
Схема двухканального видеоусилителя
Таблица 5*1. Таблица истинности для двухканального видеоусилителя
Выход А2
5В
ОВ
Активный
Неактивный
Неактивный
Активный
ГТ821 БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
5.1.3. Простой видеоусилитель
На рис. 5.4 показана простая версия видеоусилителя, изображенного на рис. 5.3,
который имеет только один видеоканал. Усиление сигнала с коэффициентом 10
обеспечивается в полосе пропускания 55 МГц. (См. «Linear Technology», Appli-
cation Note 47, p. 33.)
5.1.4. Усилитель для приема сигнала с кабеля
На рис. 5.5 показан дифференциальный усилитель, применяемый для приема сиг-
нала с распределительного кабеля. Дифференциальный вход обеспечивает подав-
ление синфазного сигнала. Основные требования, которым должен отвечать по-
добный усилитель, сводятся к следующему: разность коэффициентов усиления по
обоим входам - не более 0,02% и дифференциальный фазовый сдвиг - не более
0, Г. Примененная здесь микросхема имеет отдельный вход для регулировки ре-
жима усилителя по постоянному току. (См. «Linear Technology», Application Note
47, p. 33.)
Рис. 5.4. Схема простого видеоусилителя
Рис. 5.5. Схема усилителя для приема
сигнала с кабеля
5.1.5. Стабилизация по постоянному току
с использованием точки суммирования
На рис. 5.6 показана схема, в которой малое напряжение смещения усилителя по-
стоянного тока (LT1097) сочетается с широкой полосой пропускания быстродей-
ствующего усилителя (LT1191) для создания стабильного по постоянному току
широкополосного усилительного каскада. Усилитель LT1097 сравнивает потенци-
ал точки суммирования (общая точка двух резисторов с сопротивлением по
1 кОм) с потенциалом земли и подает сигнал ошибки на неинвертирующий вход
усилителя LT1191. В результате схема в целом обладает характеристиками инвер-
тирующего усилителя с напряжением смещения нуля не более 35 мкВ, дрейфом
напряжения смещения 1,5 мкВ/°С, максимальной скоростью нарастания напря-
жения 450 В/мкс и шириной полосы пропускания 90 МГц. Ток смещения, в основ-
ном определяемый ИС LT1191, составляет около 500 нА. (См. «Linear Technology»,
Application Note 47, p. 33.)
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА ГТёз"
5.1.6. Стабилизация по постоянному току
с дифференциальным съемом напряжения смещения нуля
На рис. 5.7 изображена схема, аналогичная показанной на рис. 5.6, но с использо-
ванием дифференциального съема напряжения смещения нуля с обоих входов бы-
стродействующего усилителя. Подобная структура обладает следующими харак-
теристиками: входное напряжение смещения нуля - не более 50 мкВ, дрейф
напряжения смещения не превышает 1 мкВ/°С, максимальная скорость нараста-
ния напряжения - 250 В/мкс, ширина полосы пропускания - 45 МГц. (См. «Linear
Technology», Application Note 47, p. 34.)
5.1.7. Стабилизированный усилитель с высоким входным сопротивлением
На рис. 5.8 показана схема стабилизированного по постоянному току широкопо-
лосного усилителя, высокое входное сопротивление которого достигается за счет
применения полевого транзистора. Входная емкость составляет около 3 пФ, ши-
рина полосы пропускания - 100 МГц, коэффициент усиления - 10 (параметры
элементов в цепи обратной связи указаны на рис. 5.8). Усилитель А1 обеспечивает
стабилизацию схемы за счет управления каналом полевого транзистора Q1 с по-
мощью дополнительной петли обратной связи. (См. «Linear Technology», Appli-
cation Note 47, p. 34.)
5.1.8. Стабилизированный усилитель с коэффициентом усиления 10
На рис. 5.9 представлен вариант схемы стабилизированного по постоянному току
усилителя с дифференциальным входом, а на рис. 5.10 - осциллограммы следую-
щих сигналов: А - на одном из дифференциальных входов схемы, В - на выходе
Рис. 5*6. Схема стабилизации широкополосного
усилителя по постоянному току с использованием
точки суммирования
Рис. 5.7. Схема стабилизации
широкополосного усилителя по постоянному
току с дифференциальным съемом напряжения
смещения нуля
[Ш! БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
Рис. 5.8» Схема усилителя со стабилизацией по постоянному току и с высоким входным сопротивлением
Рис 5.9
Схемо стабилизированного
усилителя с дифференциаль-
ным входом и коэффициен-
том усиления 10
Рис. 5.10
Осциллограммы сигналов стабилизированно-
го усилителя с дифференциальным входом
и коэффициентом усиления 10
усилителя А1 (снято с 500-омного переменного резистора после емкости 0,001 мкФ),
С - на выходе усилителя А2, D - на выходе усилителя A3. При калибровке снача-
ла нужно установить резистор настройки коэффициента усиления по переменно-
му току в положение, при котором форма импульса на выходе схемы будет наибо-
лее близка к прямоугольной. Затем резистором настройки коэффициента усиления
по постоянному току установить максимальное значение амплитуды плоской
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА
et ршины выходного импульса (осциллограмма D). Коэффициент усиления схе-
•ы 10, полоса пропускания - более 35 МГц, максимальная скорость нарастания -
,50 В/мкс, напряжение смещения нуля — около 200 мкВ. (См. «Linear Technology»,
Application Note 47, p. 35.)
5.1.9. Стабилизированный усилитель с коэффициентом усиления 1000
На рис. 5.11 изображена схема, аналогичная представленной на рис. 5.9, но с ко-
эффициентом усиления 1000. Полная полоса пропускания по малому сигналу -
около 35 МГц, полоса пропускания при максимальной мощности - 10 МГц, время
нарастания - 7 не, задержка - менее 7,5 не. Входной шум не превышает 15 мкВ
в пределах всей полосы пропускания. На рис. 5.12 показана реакция схемы на вход-
ной импульс длительностью 60 не и амплитудой 2,5 мВ (осциллограмма А). Время
200pF
Выход
Подбор резистора (ном. 240 Ш)
для подстройки усиления НЧ канала
¦f (см. текст)
Рис 5.11. Схема дифференциального усилителя со стабилизацией по постоянному току
и коэффициентом усиления 1000 (номера выводов в скобкох для корпусо DIP)
[J86] БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
нарастания и задержки тысячекратно усиленного сигнала (осциллограмма В) на-
ходится в пределах от 5 до 7 не. Выбросы на переходной характеристике могут
быть скомпенсированы путем подстройки усилителя А1. На рис. 5.13 приведена
зависимость коэффициента усиления от частоты. Как видно, усиление остает-
ся практически постоянным с отклонениями не более 0,5 дБ вплоть до частоты
20 МГц и снижается на 3 дБ при 38 МГц. Выбросы на вершине импульса, замет-
ные на рис. 5.12, вызваны небольшим подъемом частотной характеристики, кото-
рый начинается с величины 1 МГц и заканчивается на частоте 15 МГц. При не-
обходимости частотная характеристика усилителя может быть скорректирована
вплоть до полного устранения выбросов на фронтах выходного сигнала.
Горизонтальная шкала = 10 нс/дел.
Рис 5.12
Осциллограммы сигналов при подаче
на вход усилителя импульса длительнос-
тью 60 не и амплитудой 2,5 мВ
Рис 5.13
Частотная характеристика
Для отладки схемы подайте низкочастотный сигнал (или сигнал постоянного тока)
заданной амплитуды и отрегулируйте подбором резистора 240 кОм (см. рис. 5.11)
коэффициент усиления по низкой частоте до получения тысячекратно усиленно-
го выходного сигнала (в установившемся режиме). Затем переменным резистором
250 Ом установите коэффициент усиления по высокой частоте таким образом,
чтобы устранить выбросы на переднем и заднем фронтах выходного импульса.
И наконец, регулировкой переменного конденсатора добейтесь оптимальной формы
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА
фронта и спада импульса на выходе схемы. На рис. 5.14 представлены осцилло-
граммы входного (А) и выходного (В) сигналов при правильно выполненных на-
стройках. На рис. 5.15 видно влияние избыточного усиления по высокой частоте
(значительные выбросы на фронтах импульсов), а на рис. 5.16 - влияние избыточ-
ного усиления по постоянному току, то есть затягивание процессов установления
и спада переходной характеристики, неравномерность вершины. (См. «Linear Tech-
nology», Application Note 47, p.p. 36,37.)
Рис 5.14
Осциллограммы входного и выходного
сигналов при правильно выполненных
ностройкох
Рис 5.15
Влияние избыточного усиления в области
высоких частот (значительные выбросы
Горизонтальная шкала = 100 ми&ел. ^ ^ на фронтах выходного сигнала)
Рис 5.16
Влияние избыточного усиления в области
низких частот (затягивание процессов
установления и спада, неравномерность
вершины)
5.1.10. Быстродействующий дифференциальный приемник сигналов
с двухпроводной линии
На рис. 5.17 показана схема простого быстродействующего дифференциального при-
емника сигналов с двухпроводной линии на базе усилителя с десятикратным
усилением LT1194. На рис. 5.18 приведена схема проверки приемника, а на рис. 5.19 -
fi88l БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
полученные при этом осциллограммы сигналов. Генератор гармонических коле-
баний возбуждает первичную обмотку трансформатора Т1 (осциллограмма А на
рис. 5.19), при этом на его вторичной обмотке со средней точкой формируется
сигнал, который поступает на дифференциальные входы двухпроводной линии
связи. Средний отвод вторичной обмотки соединен с «землей» через широкопо-
лосный генератор шумов, благодаря чему на входах приемника (осциллограммы
В и С) появляется синфазная шумовая помеха. Выходной сигнал усилителя А1
(осциллограмма D) представляет собой десятикратно усиленный дифференциаль-
ный сигнал на входе устройства и не содержит видимых шумов и искажений, не-
смотря на то что отношение шум/сигнал при проверке устанавливалось равным
100:1. (См. «Linear Technology», Application Note 47, p. 38.)
Выход
Рис. 5.17
Схема быстродействующе-
го дифференциального
приемника сигналов
с двухпроводной линии
Рис 5.18
Схема проверки быстродействующего дифферен-
циального приемника сигналов с двухпроводной
линии
Рис 5.19
Осциллограммы, полученные при проверке
быстродействующего дифференциального
приемника сигналов с двухпроводной линии
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА
5.1.11. Усилитель с трансформаторной связью
На рис. 5.20 показан другой способ эффективного подавления синфазных сигна-
лов при одновременном обеспечении надежной трехступенчатой изоляции. Здесь
вход, каскад усиления и выход гальванически развязаны между собой. Такую схе-
му целесообразно применять в случае, когда входной дифференциальный сигнал
имеет значительную синфазную составляющую, а качество сигнального заземле-
ния невысоко. При использовании приведенных на рис. 5.20 номиналов схемных
элементов усилитель А1 обеспечивает усиление сигнала с коэффициентом 11.
Трансформатор Т1 возбуждает вход усилителя А1, а выходной сигнал снимается
со вторичной обмотки Т2. На рис. 5.21 показаны осциллограммы сигналов (сня-
тые относительно «земли») усилителя с трансформаторной связью при подаче на
его вход гармонического колебания с частотой 4 МГц. Входной сигнал (осцилло-
грамма А) поступает на первичную обмотку трансформатора Т1. Со вторичной об-
мотки Т1 сигнал (осциллограмма В) поступает на вход ИС А1, которая обеспечива-
ет усиление сигнала. С выхода А1 усиленный сигнал (осциллограмма С) передается
на первичную обмотку трансформатора Т2. Выходной сигнал всего устройства (ос-
циллограмма D) снимается со вторичной обмотки трансформатора Т2. При исполь-
зовании специализированных трансформаторов частоту низкочастотного среза схе-
мы можно довести до 10 кГц. (См. «Linear Technology», Application Note 47, p. 39.)
Рис. 5.20. Схема усилителя
с трансформаторной связью
Горизонтальная шкала = 50 нс/дел.
Рис. 5.21. Осциллограммы сигналов усилителя
с трансформаторной связью
5.1.12. Быстродействующий дифференциальный усилитель-компаратор
с регулируемым порогом
На рис. 5.22 представлена схема, которая позволяет выделить и усилить один оп-
ределенный участок сигнала. На рис. 5.23 (В) показан результат подачи на инвер-
тирующий вход усилителя А2 напряжения треугольной формы (осциллограмма
А), генерируемого ИС LT1019. Если установить амплитуду треугольного колеба-
ния существенно больше напряжения смещения на входах усилителя А2, то схема
обеспечит возможность линейного усиления и детального изучения только участ-
ка сигнала, ширина которого равна разности напряжений смещения прямого и инвер-
сного входов усилителя А2, а его положение на оси времени будет задаваться регули-
ровкой амплитуды и выбранной полярностью напряжения треугольной формы.
fi90l БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
Рис 5.22
Схема быстродействующего
дифференциального усилителя-
компаратора с регупируемым
порогом
Рис. 5.23
Осциллограммы сигналов быстродействующе-
го дифференциального усилителя-компара-
тора
Варьируя напряжение источников питания усилителя, можно регулировать конт-
ролируемый диапазон амплитуд входного сигнала (за счет изменения разности
входных напряжений смещения), однако при этом из-за перегрузки осциллографа
ухудшается разрешающая способность схемы. Аналогично при увеличении коэф-
фициента усиления усилителя А2 можно повысить детальность исследуемых сиг-
налов, однако при этом возникают определенные ограничения на количество ви-
дов колебаний, которые можно наблюдать на экране осциллографа. Фактически
данная схема выполняет те же функции, что и различные сменные блоки осциллогра-
фа. Она обладает точностью не менее 0,1% в течение 100 не после вхождения в зону
линейного усиления. (См. «Linear Technology», Application Note 47, p.p. 39,40.)
5.1.13. Двухпороговый усилитель-компаратор
с регулируемым окном
На рис. 5.24 приведена схема, аналогичная изображенной на рис. 5.22, но ее от-
личает наличие двух каналов, которые позволяют исследовать форму сигналов
в окне между двумя регулируемыми порогами. Они регулируются как по уровню,
так и по знаку.
Как видно из рис. 5.24, полярность напряжения смещения, поступающего на ин-
вертирующий вход А2, определяется состоянием выхода компаратора А1. На рис. 5.25
представлена форма выходного сигнала схемы (осциллограмма В) при подаче на
вход гармонического колебания (осциллограмма А). Значения верхнего и нижнего
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА [Ш
Рис 5.25
Осциллограммы сигналов двухпорогового
усилителя-комларатора
пороговых напряжений -Vcompareh +VCOMPARE по абсолютной величине не превыша-
ют амплитуды гармонического колебания. Цепь регулировки уровня ограничения
VCLAMp введена для предотвращения насыщения (и временной потери усиления) уси-
лителя при выходе исследуемых сигналов за пределы окна. Сигнал на выходе схемы
Рис. 5.24. Схема двухпорогового усилителя-компаратора с раздельной регулировкой порогов и уровня
ограничения
Знакопеременный источник
напряжения ограничения
* Знакопеременный источник
напряжения нижнего порога
vcomDare*
[1921 БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
(В) одновременно показывает детали обоих пиков гармонического колебания.
(См. «Linear Technology», Application Note 47, p.p. 40,41.)
5.1.14. Усилитель с фотодиодом
На рис. 5.26 представлена основная схема усилителя с фотодиодом, в табл. 5.2 - зна-
чения выходного сигнала при различных параметрах тока фотодиода, а на рис. 5.27 -
осциллограммы входного (А) и выходного (В) сигналов схемы при отключении
конденсатора обратной связи емкостью 3 пФ. Обратите внимание на выбросы
амплитуды и затухающие колебания сигнала до его полного установления. На
рис. 5.28 показаны осциллограммы входного (А) и выходного (В) сигналов схемы
при включении указанного конденсатора в цепь обратной связи, что позволяет ус-
транить выбросы на фронтах и колебания на вершине импульса. Заметим, однако,
что при отключении емкости обратной связи быстродействие усилителя возраста-
ет на 50%. (См. «Linear Technology», Application Note 47, p.p. 41, 42.)
-M - HEWLETT-PACKARD HP5082-4204
Рис. 5.26. Основная схема усилителя
с фотодиодом
Горизонтальная шкала = 500 нс/дел.
Рис. 5.27. Осциллограммы сигналов усилителя
с фотодиодом при отключении емкости обратной связи
Таблица 5.2. Значения выходного сигнала при различных значениях тока фотодиода
Мощность светового потока (900 нм)
Ток фотодиода Выход схемы
1мВт
100 мкВт
10 мкВт
1 мкВт
100 нВт
350 мкА
35мкВ
3.5 мкА
350 нА
35 нА
10 В
1 В
0.1 В
0.01 В
0.001 В
Рис 5.28
Осциллограммы сигналов усилителя
с фотодиодом при включении емкости
в цепь обратной связи
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА fi93]
5.1.15. Быстродействующий фотоинтегратор
На рис. 5.29 показана схема усилителя с фотодиодом, разработанная специально
для тех случаев, когда необходимо измерить энергию светового импульса (или
ряда световых импульсов). Схема представляет собой интегратор с очень высоким
быстродействием. Ключ S1 обеспечивает сброс заряда. Ключ S2, включенный од-
новременно с S1, обеспечивает компенсацию ошибки, обусловленной зарядом пе-
реключения ключа S1. Если отсутствует фототок (осциллограмма А на рис. 5.30)
и ключ S1 замкнут, то А1 функционирует как заземленный по входу повторитель.
При этом напряжение на выходе А1 (С) остается равным 0 В. А1 начинает ра-
ботать в качестве интегратора, как только разомкнётся ключ S1.
В этом состоянии интегратор готов к приему и интегрированию импульсов фото-
тока. При попадании светового потока на фотодиод (импульс на осциллограмме В
означает световую вспышку, «видимую» фотодиодом) начинается интегрирование
сигнала. Напряжение на выходе интегратора А1 после окончания световой вспыш-
ки характеризует полную энергию светового импульса. При калибровке закройте
фотодиод от света и установите такое значение емкости подстроечного конденса-
тора, чтобы напряжение на выходе А1 было равным нулю сразу после переключе-
ния ключей S1 и S2. В схеме используются конденсаторы с полистироловым диэ-
лектриком. (См. «Linear Technology», Application Note 47, p. 42.)
Рис. 5.29. Схема усилителя с фотодиодом,
-редназначенная для измерения энергии
светового потока
Горизонтальная шкала = 200 нс/дел.
Рис. 5.30. Осциллограммы сигналов усилителя
с фотодиодом при импульсном освещении
7 Зак. 733
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
5.1.16. Приемник для волоконно-оптической линии связи
На рис. 5.31 показана простая схема быстродействующего приемника сигналов,
передаваемых по волоконно-оптическому кабелю. На рис. 5.32 представлены ос-
циллограммы импульса фототока (А), выходного сигнала усилителя А1 (В) и вы-
ходного сигнала усилителя А2 (С). А2 сравнивает значения выходного сигнала А1
с регулируемым порогом и в случае его превышения формирует выходной сигнал,
совместимый с логическими уровнями последующих цифровых схем. (См. -«Linear
Technology», Application Note 47, p. 43.)
Рис. 5.31
Приемник для волоконно-оптической линии
Рис 5.32
Осциллограммы сигналов приемника
для волоконно-оптической линии связи
5.1.17. Адаптивный приемник для волоконно-оптической линии связи
в диапазоне частот до 40 МГц
На рис. 5.33 представлена схема, обеспечивающая прием данных, передаваемых по
волоконно-оптическому кабелю в диапазоне частот до 40 МГц при динамическом
диапазоне оптического сигнала до 40 дБ. Цифровой выход формируется следящей
пороговой схемой, которая автоматически подстраивается под изменения интен-
сивного оптического сигнала. Аналоговый выход (с усилителя А2) позволяет кон-
тролировать сигнал фотодетектора. На рис. 5.34 представлены осциллограммы
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА fUS;
выходных сигналов импульсного генератора (А), усилителя А2 (В) и микросхемы
LT1016 (С), полученные при проверке приемника с помощью оптического им-
пульсного генератора (см. рис. 5.33). Осциллограммы сняты при значении фото-
тока 5 мкА и частоте сигнала около 20 МГц. (См. «Linear Technology», Application
Note 47, p. 44.)
Рис 5.33. Схема адаптивного приемника для волоконно-оптической линии связи
в диапазоне частот до 40 МГц (транзисторы p-n-р типа 2N3906; транзисторы п-p-n типа 2N3904)
Рис 5.34
Осциллограммы сигналов, полученные
при проверке адаптивного приемника
для волоконно-оптической линии связи
fi96i БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
5.1.18. Точный аналоговый перемножитель в диапазоне частот до 50 МГц
На рис. 5.35 представлен аналоговый перемножитель с несимметричным выходом.
При изменениях частоты сигнала от постоянного тока до 50 МГц погрешность пе-
ремножения не превышает 2%, уровень просачивания входных сигналов на вы-
ход - 50 дБ. На рис. 5.36 приведены осциллограммы, полученные при перемноже-
нии гармонического колебания с частотой 20 МГц и сигнала, представленного на
осциллограмме А. Выходной сигнал (осциллограмма В) - это мгновенный отклик
схемы, представляющий собой произведение входных сигналов. Максимальный
диапазон сигнала на выходе составляет ±1 В. В процессе калибровки подстройте
конденсатор по минимуму выбросов на прямоугольной части огибающей выход-
ного сигнала. (См. «Linear Technology», Application Note 47, p. 45.)
Рис 5.36
Осциллограммы сигналов при перемноже-
нии импульса и гармонического колебония
Горизонтальная шкала=40 нс/дел. с частотой 20 МГц
1ТМИ1.1Я1О0 _
5.1.19. Усилитель мощности
На рис. 5.37 показан усилитель мощности с выходным током до 200 мА, использу-
емый с усилителем LT1220. На рис. 5.38 приведены осциллограммы сигналов на
входе (А) и выходе (В) самого усилителя мощности (без ИС LT1220). Общая задер-
жка составляет около 1 не. На рис. 5.39 изображены осциллограммы сигналов при
Рис. 5.35. Схема аналогового перемножителя с несимметричным выходом
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА [vJTj
подключении в схему ИС LT1220 и при подключении к выходу 50-омной нагруз-
ки. При подаче сигнала на вход LT1220 (осциллограмма А) имеет место опреде-
ленное ограничение скорости нарастания выходного напряжения (осциллограм-
ма В). (См. «Linear Technology», Application Note 47, p. 46.)
Рис. 5.37. Схема усилителя мощности
Рис 5.38
Осциллограммы сигналов усилителя
мощности при его отключении от ИС LT1220
Рис 5.39
Осциллограммы сигналов усилителя
мощности с подключенной ИС LT1220
и 50-омной нагрузкой
Fjigif] БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
5.1.20. Усилитель мощности с большим выходным током
На рис. 5.40 показана другая версия схемы, представленной на рис. 5.37. Она обес-
печивает выходной ток до 1 А. На рис. 5.41 приведены осциллограммы сигналов
при подаче на вход отрицательного импульса напряжением 10 В (А). Отклик уси-
лителя LT1220 (осциллограмма В) обусловлен включением каскада усиления мощ-
ности в общую цепь обратной связи. Усилитель мощности формирует на нагрузке
10 Ом импульс с задержкой в несколько наносекунд (осциллограмма С) и относи-
тельно небольшими выбросами на вершине (которые могут быть минимизированы
подстройкой емкости в цепи общей обратной связи). (См. «Linear Technology»,
Application Note 47, p. 47.)
Рис 5.40. Схема усилителя мощности с повышенным выходным током
Рис 5.41
Осциллограммы сигналов усилителя
мощности с повышенным выходным током
6. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Эта глава посвящена схемам на операционных усилителях и компараторам. Пред-
полагается, что читатель знаком с основами усилительной техники (принципы уси-
ления, выбор рабочей точки и др.), методами упрощенного расчета усилителей (час-
тотные ограничения), а также имеет некоторые практические навыки по технике
монтажа схем и применению теплоотводящих радиаторов для отвода рассеиваемой
мощности. Для ознакомления могут быть рекомендованы следующие книги: J. Lenk,
«Audio Handbook», McGraw-Hill, 1991; J. Lenk, «RF Handbook», McGraw-Hill, 1991
и J. Lenk, «Simplified Design of 1С Amplifiers», Butterworth-Heinemann, 1996.
В следующих разделах кратко описываются основные принципы проверки и по-
иска неисправностей в схемах усилителей. Материал изложен так, чтобы читатель
смог самостоятельно проверить схему, описанную в книге, и установить причину
неполадок, если схема не работает должным образом.
6.1. Проверка усилителей
В этом разделе приводятся основные методы проверки интегральных усилителей.
Результаты тестовых проверок имеют практическое значение. Если схема успеш-
но прошла тестирование, то она, безусловно, пригодна для применения. Если ре-
зультат испытаний отрицателен, то его следует использовать в качестве отправ-
ной точки для поиска неисправности, процедура которого также описана в этой
главе. Следует помнить, что схемы усилителей могут не подвергаться всем опи-
санным проверочным операциям. Однако, если усилитель прошел все без исклю-
чения проверочные тесты, можно считать, что он правильно спроектирован и пол-
ностью работоспособен.
6.1.1. Оборудование для испытаний усилителей
Для проведения описанных в разделе испытаний и проверок необходимы измери-
тельные приборы, осциллографы, генераторы, источники питания, всевозможные
зажимы, соединительные провода и т.д. Если в наличии имеется хороший комплект
[200] ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
испытательного оборудования, предназначенный для других типов электронных
схем, то вполне возможно, что он вам подойдет. Вероятно, единственным исклю-
чением может оказаться измеритель нелинейных искажений (и то лишь в случае
проведения испытаний НЧ усилителей). Следует обратить внимание на несколь-
ко принципиальных моментов при выборе и использовании испытательного обо-
рудования.
Соответствие средств проверки тестируемым схемам
Не очень существенно, какой именно тип оборудования используется для провер-
ки схем. Гораздо более важным является соответствие применяемого оборудова-
ния параметрам проверяемой схемы. Например, если измеряются параметры им-
пульсов, меандра или сигнала сложной формы, что обычно требуется при проверке
любого усилителя на ИС, вольтметр, измеряющий размах сигнала может дать оп-
ределенную информацию, но более предпочтителен для этих целей осциллограф.
Вольтметры и мультиметры
Помимо проведения стандартных измерений напряжения и сопротивления эти
приборы используются при тестировании схем усилителей главным образом для
измерения амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) и контроля прохождения
сигнала от входа до выхода схемы. Многие специалисты предпочитают применять
осциллограф, поскольку он позволяет увидеть искажения формы сигнала при его
прохождении через схему или при измерении. Есть и такие, кто предпочитает
вольметры или измерители мощности, особенно при измерении усиления по на-
пряжению или по мощности.
Во многих случаях можно использовать практически любые измерительные
приборы переменного тока (даже простой мультиметр — как аналоговый, так и циф-
ровой) для всех работ по тестированию усилителя. Однако для получения более точ-
ных результатов необходим широкополосный прибор (причем полоса пропускания
должна быть шире полосы пропускания проверяемого устройства). Кроме того,
предпочтительно использовать устройство с двумя каналами измерений, позволя-
ющее проверять одновременно оба канала стереосистемы. Такая возможность особен-
но важна при измерениях АЧХ и уровня перекрестных помех (искажений) стереоуси-
лителей, но не имеет большого значения при работе с другими типами усилителей.
Осциллографы
Хороший осциллограф, предназначенный для работы с телевизорами или кассет-
ными видеомагнитофонами, вполне пригоден и для работы с усилителями. Поку-
пая новый осциллограф, имейте в виду, что посредством двухлучевого прибора
можно одновременно исследовать оба канала стереосистемы (аналогично ситуа-
ции с двухканальным мультиметром). Однако гораздо важнее то, что двухлучевой
осциллограф позволяет сравнивать и анализировать на экране входной и выход-
ной сигналы усилителя одновременно. Преимущество осциллографа в том, что он
позволяет непосредственно наблюдать такие характеристики интегрального уси-
лителя, как искажения сигнала, фон переменного тока, пульсации, выбросы на
фронтах импульсов, генерацию. Более того, он необходим для измерения времени
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ ШТ
установления и скорости нарастания выходного напряжения, а также уровня шу-
мов. Однако, если ограничиться только проверкой усиления, пользоваться изме-
рителем напряжения или мощности гораздо проще.
Измерители искажений
Существует два типа искажений (и соответственно методик их измерения): нели-
нейные (гармонические) и интермодуляционные. В данной книге не описывается
какой-либо конкретный тип прибора для выполнения подобных измерений - при-
водится сама методика измерений как нелинейных, так и интермодуляционных
искажений.
6.1.2. Децибел: основные понятия
В усилительной технике широко используется понятие децибела (дБ), который
в логарифмическом виде показывает соотношение между двумя уровнями мощ-
ности либо напряжения. Например, в спецификации обычного интегрального ОУ
такие параметры, как усиление по напряжению, усиление по мощности и коэффи-
циент ослабления синфазного сигнала, приведены в децибелах. Децибел равен
одной десятой бела; использование целого бела на практике не очень удобно, по-
скольку это слишком большая величина.
Несмотря на то что существует несколько способов выражения соотношения
между двумя величинами, использование децибела в усилительной технике обус-
ловлено следующими двумя причинами: во-первых, децибел является удобной еди-
ницей измерения для всех без исключения типов усилителей; во-вторых, он хорошо
соответствует восприятию человеческим ухом громкости звука. Именно поэтому его
применение очень удобно для характеристики свойств НЧ усилителей.
Человеческое ухо одинаково хорошо воспринимает как обычную речь, так и раска-
ты грома (которые могут быть в 100 000 раз громче речи). Это связано с тем, что
реакция уха на звук не прямо пропорциональна его энергии, а приблизительно
пропорциональна логарифму энергии звуковой волны. Обыкновенным или деся-
тичным логарифмом (log10) числа N является значение, показывающее, сколько
раз должно быть перемножено число 10 само на себя (то есть показатель степени),
чтобы в результате получилось число N. Например, десятичным логарифмом чис-
ла 100 (которое можно представить как 10X10, или 102) является число 2. Лога-
рифмом числа 100 000 A05) является число 5. Данное соотношение можно запи-
сать в следующем виде:
log10 100 000 = 5.
При сравнении двух значений энергии можно использовать бел. Он является
логарифмом отношения двух значений энергии. Например, при сравнении энер-
гии обычного разговора и энергии раската грома их отношение можно выразить
следующим образом:
, . энергия грома > ^ 100000
l°g ю— или l°g 10—\— ¦
энергия речи 1
Если применить более удобную величину - децибел, то увеличение силы звука
от уровня человеческой речи до уровня раската грома будет соответствовать:
[2021 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
10 logto100^00 или 50 децибел E0 дБ).
Таким же образом этот метод используется и при измерении усиления в усили-
телях, вне зависимости от того, предназначен ли усилитель для низкочастотного
диапазона или нет. Увеличение выходной мощности любого усилителя может быть
выражено следующим соотношением:
усиление (в дБ)-10^выходная мощность
входная мощность
Это же выражение может быть представленно в виде:
Р2
усиление (в дБ) - 10 log10— ,
М
где Р2 - выходная мощность, a Pt - мощность, подаваемая на вход усилителя. Если
Р2 > Pj, то мощность увеличивается, что выражается положительным значением
коэффициента усиления (+дБ). Если же Pt > P2, то мощность ослабляется, что
выражается отрицательным значением величины коэффициента усиления (-дБ).
Во всех случаях берется отношение двух значений мощности (Pt и Р2), затем ло-
гарифм этого отношения умножается на 10. В результате, если соотношение зна-
чений мощностей равно 10, усиление - 10 дБ; если соотношение значений мощно-
стей равно 100, то усиление - 20 дБ, если соотношение значений мощностей равно
1000, то усиление - 30 дБ и т.д.
6.1.3. Соотношения для удвоения мощности
Двукратное увеличение мощности в усилителе соответствует усилению +3 дБ.
Например, если при повороте регулятора громкости усилителя выходная мощ-
ность возросла с 4 до 8 Вт, то мощность увеличилась на 3 дБ (+3 дБ). Если же
выходная мощность снизилась с 4 до 2 Вт, то усиление упало на 3 дБ (-3 дБ).
Если первоначальная мощность 4 Вт увеличилась до 8 Вт, то усиление составит
+3 дБ. Дальнейшее двукратное увеличение мощности (от 8 до 16 Вт) соответству-
ет усилению еще на +3 дБ, но по сравнению с первоначальной мощностью 4 Вт
общее усиление будет равно +6 дБ. При увеличении мощности до 40 Вт (то есть
десятикратном увеличении относительно уровня 4 Вт) общее усиление мощности
составит +10 дБ и т.д.
6.1.4. Сложение децибелов
Широкому применению децибелов в усилительной технике способствовало еще
одно обстоятельство. При включении нескольких усилителей последовательно по
каскадной схеме, которая достаточно часто используется в усилительных устрой-
ствах, общее значение усиления многокаскадного усилителя определяется перемно-
жением коэффициентов усиления каждого каскада. Например, в случае включения
по каскадной схеме трех усилителей, каждый из которых имеет коэффициент уси-
ления, равный 10, общий коэффициент усиления составит 1000 A0X10X10).
При этом коэффициенты усиления, выраженные в децибелах, просто суммиру-
ются. Например, в приведенном выше выражении суммарный коэффициент усиле-
ния по мощности составит 10 дБ + 10 дБ + 10 дБ - +30 дБ. Совершенно аналогично
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ ГгОЗ"
при последовательном включении двух каскадов усиления, первый из которых
имеет усиление +30 дБ, а второй - ослабление -10 дБ, общий результат будет ра-
вен: +30 дБ - 10 дБ - +20 дБ.
6.1.5. Использование децибелов для сравнения величин напряжений
и токов
Децибелы также применяются для сравнения уровней входного и выходного на-
пряжений усилителя. Они могут использоваться и для выражения соотношения
токов, однако такой подход в усилительной технике не распространен. Для срав-
нения величин напряжений или токов служат соотношения:
«л i выходное напряжение ™ , выходной ток
входное напряжение ' входной ток
Здесь определяется отношение двух напряжений (или токов) и его логарифм
умножается на коэффициент 20 (а не 10, как в случае отношения двух мощностей).
Необходимо отметить, что, хотя отношения значений мощности не зависят от
импедансов (сопротивлений) источника сигнала и выходной нагрузки, соотноше-
ния для напряжений и токов справедливы лишь при равенстве импедансов источ-
ника сигнала и выходной нагрузки. Для усилителей, где величины входного и вы-
ходного импедансов различны, соотношения токов и напряжений определяются
следующими выражениями:
201g™; 2018Ьф,
где Rj - сопротивление источника сигнала, или входной импеданс, R2 - сопротив-
ление нагрузки, или выходной импеданс, а Е1, И - входные и Е2,12 - выходные
напряжения и токи. Причем
Е2^и12^
обычно больше по величине, чем
Как и для соотношения мощностей, если значение выходного напряжения пре-
вышает входное, усиление, выраженное в децибелах, имеет положительный знак
(+дБ). Если же выходное напряжение меньше входного, имеет место ослабление,
которое выражается отрицательным значением величины (-дБ).
Следует отметить, что увеличение выходного напряжения вдвое характеризу-
ется усилением на +6 дБ. Соответственно уменьшение выходного напряжения
вдвое характеризуется ослаблением на -6 дБ. Для подсчета суммарного усиления
по напряжению нескольких совместно работающих усилительных каскадов сле-
дует сложить (с учетом знака) их значения усиления или ослабления в децибелах.
6.1.6. Децибелы и измерения абсолютных величин
Если усилитель имеет усиление по мощности, равное +20 дБ, это означает, что
выходная мощность в 100 раз превышает поступающую на вход усилителя. Не-
смотря на то что децибелы служат для определения отношений величин двух сиг-
налов, иногда эту единицу используют для измерения абсолютных, а не только
[204] ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
относительных значений величин. С этой целью можно взять некоторую эталон-
ную величину сигнала и определить любую другую величину в децибелах по от-
ношению к эталонной.
В НЧ усилителях наиболее распространенными децибельными единицами для
измерения абсолютных уровней мощностей являются дБм (децибел относитель-
но уровня мощности 1 мВт) и единица уровня звука (VU - volume unit).
При использовании единиц уровня звука принимается, что нулевой (эталон-
ный) уровень равен 0,001 Вт A мВт), а величина полного сопротивления (импе-
данс) - 600 Ом. Итак,
VU = 10 lg Р2 / 0,001 - 10 lg 103 Р2,
где Р2 - выходная мощность.
Таким образом, для единиц уровня звука и для дБм приняты одинаковые эта-
лонные уровни отсчета. Когда измеряемый сигнал имеет синусоидальную форму,
обычно применяются дБм (как правило, частота сигнала равна 1 кГц), a VU ис-
пользуются для измерений аудиосигналов сложной формы.
6.1.7. Амплитудно-частотная характеристика
Для измерения амплитудно-частотных характеристик используются генератор
и измеритель уровня сигнала или осциллограф. Генератор настраивается на раз-
личные частоты требуемого диапазона, и на каждой из них измеряются величины
выходного сигнала. Полученные результаты изображаются в виде кривой, называе-
мой частотным откликом или амплитудно-частотной характеристикой. На рис. 6.1
приведена схема измерения усиления в режиме с разомкнутой обратной связью
(AOL) для стандартного ОУ (СА3450 фирмы Harris). На рис. 6.2 изображена амп-
литудно-частотная характеристика (иногда называемая диаграммой Боде), изме-
ренная в режиме с разомкнутой обратной связью. Здесь также показана зависи-
мость угла фазового сдвига от частоты.
На рис. 6.3 приведена схема измерения усиления той же ИС в режиме с замкну-
той обратной связью (непосредственное соединение выводов 3 и 6 для получения
единичного коэффициента усиления или с использованием резисторов в цепи об-
ратной связи, подключенных к выводам 3 и 6, для получения усиления по на-
пряжению Ау, равного 10). На рис. 6.4 и 6.5 показаны частотные характеристики
в режиме с замкнутой обратной связью для коэффициентов усиления 1 и 10.
Частота, при которой начинается уменьшение амплитуды выходного сигнала,
называется точкой перегиба частотной характеристики. В технических условиях
(паспортах, спецификациях) ИС усилителей указано, что точка перегиба частот-
ной характеристики соответствует частоте, при которой происходит снижение
выходного сигнала на 3 дБ по сравнению с его значением на плоском участке ха-
рактеристики. На рис. 6.5 спад частотной характеристики начинается на частоте
примерно 10 МГц, а спад на 3 дБ наблюдается на частоте порядка 20 МГц.
В ряде ИС усилителей предусмотрено подключение внешних корректирующих
элементов (как правило, конденсаторов, но иногда встречаются и комбинации ре-
зисторов и конденсаторов). Цепи коррекции влияют как на положение точки пе-
региба частотной характеристики, так и на саму зависимость усиления от частоты.
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ
Многослойна
керамический O.InF
бесюртустй
Рис. 6.1. Схема измерения усиления в режиме с разомкнутой обратной связью (Harris Semiconductor.
Linear & Telecom IS's, 1994, p. 2-217)
Примечание к рис. Все конденсаторы развязки по питанию емкостью 0,1 и 0,001 мкФ - многослой-
ные, керамические, бескорпусные. Развязывающий резистор ~ 10 Ом, 0,25 Вт, - помеченный звездоч-
кой и показанный на схемах включения усилителя, выполняет две задачи: обеспечивает развязку ИС
непосредственно на выводах питания, подавляя возможные резонансные явления в источнике из-за
параллельно включенных конденсаторов, и защиту в случае длительного режима короткого замыка-
ния на выходе.
Рис 6.2
Амплитудно-частотная характеристика
(диаграмма Боде) для ИС СА3450 (Harris
Semiconductor. Linear & Telecom IS's, 1994,
p. 2-216)
В схеме на рис. 6.1 внешние корректирующие элементы не использованы. В схеме
на рис. 6.3 внешний корректирующий конденсатор подключен к выводам 9 и 11.
На графике (см. рис. 6.4) виден эффект влияния величины емкости конденсатора
Сс на усиление и фазовый сдвиг. Многие усилительные ИС имеют внутренние
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис 6.3. Схема измерения частотной характеристики в режиме с замкнутой обратной связью (Harris
Semiconductor. Linear & Telecom IS's, 1994, p. 2-218}
1M Частотные характеристики при единичном
110 усилении в режиме с замкнутой обратной
loo эоо связью (Harris Semiconductor. Linear & Telecom
IS's, 1994, p. 2-216)
' I
4» 3
«о Рисб.5
Чостотные характеристики при коэффициенте
усиления по напряжению \ш 10 в режиме
I90 с зомкнутой обратной связью (Harris Semicon-
ductor. Linear & Telecom IS's, 1994, p. 2-216)
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ \т6Т
корректирующие элементы, поэтому в таких ИС характеристики усиления и фа-
зового сдвига в режиме с разомкнутой обратной связью не могут быть изменены
путем внешней настройки.
Для измерения АЧХ необходимо обеспечить подачу входного сигнала со строго
постоянной амплитудой и производить измерения выходного сигнала. Частота
входного сигнала (при неизменной его амплитуде) должна меняться в пределах
собственного рабочего диапазона частот усилителя. Затем следует нанести на гра-
фик величину выходного напряжения для каждого значения частоты. Выполне-
ние измерений производится в следующем порядке:
1. Собрать схему, изображенную на рис. 6.1 или 6.3. Следует иметь в виду, что
приведенные на рисунках схемы рассчитаны на конкретный тип ИС. Однако
они имеют абсолютно все необходимые элементы стандартной схемы провер-
ки зависимости усиления от частоты. Тестовый сигнал подается на неинвер-
тирующий вход, а инвертирующий вход подключен к выходу (либо заземлен
при проведении испытаний в режиме с разомкнутой обратной связью для неко-
торых ИС). На выходе должен быть получен усиленный неинвертированный
сигнал, повторяющий форму входного. Вход и выход должны быть нагруже-
ны на определенную испытательную нагрузку (как правило, сопротивлени-
ем 50 Ом). Нагрузка, подключенная к входу, должна иметь такой же импеданс,
что и источник сигнала, а к выходу должна быть подключена нагрузка с импе-
дансом, равным импедансу измерительного прибора (например, осциллографа).
Следует отметить, что характеристики усилителя будут меняться (иногда
значительно) при изменении выходной нагрузки, а также параметров внеш-
ней цепи коррекции. Поэтому в тех случаях, когда реальная нагрузка сильно
отличается от рекомендуемой в спецификации, нужно произвести испытания
усилителя с реальными величинами выходной нагрузки в дополнение к ис-
пытаниям с рекомендуемыми значениями. При этом может оказаться, что
параметры ИС не будут удовлетворять требуемым по величине усиления или
точке перегиба частотной характеристики.
Эти предварительные замечания относятся как к случаю проведения испы-
таний с корректирующими элементами, так и без них. Например, в схеме из-
мерений на рис. 6.1 внешние корректирующие элементы не используются
(нет подключений к выводам 9 и 11), а в схеме на рис. 6.3 имеется внешний
конденсатор, подключенный к выводам 9 и 11. При сравнении графиков на
рис. 6.2,6.4 и 6.5 видно, что характеристики зависимости усиления от часто-
ты различаются в случае использования корректирующих элементов и их
отсутствия. Например, усиление в режиме с разомкнутой обратной связью
(рис. 6.2) составляет примерно 57 дБ на частоте 1 МГц, но падает почти до
10 дБ на частоте 100 МГц. При использовании внешних корректирующих
элементов и резистора обратной связи, обеспечивающего усиление по на-
пряжению, равное 20 дБ, график усиления по напряжению не имеет спада
почти до 10 МГц, а затем спадает до 10 дБ на частоте 100 МГц.
2. Начинать проверку следует с установки частоты генератора на минимальную
величину диапазона (например, 1 МГц для ИС усилителей). Затем нужно
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
установить амплитуду выходного сигнала генератора на необходимом уров-
не. При отсутствии сведений о необходимом уровне напряжения тестового
сигнала для усилителя величина выходного сигнала генератора устанавлива-
ется исходя из практических соображений. Например: контролируя выход-
ной сигнал усилителя и увеличивая амплитуду выходного сигнала генерато-
ра на частоте примерно равной середине рабочего диапазона B0-30 МГц для
интегральных усилителей), нужно зафиксировать момент начала режима на-
сыщения. Усилитель находится в режиме насыщения, если дальнейшее уве-
личение сигнала генератора не вызывает увеличения выходного сигнала
(показаний измерительного прибора) либо вершины синусоидального вы-
ходного сигнала на экране осциллографа начинают уплощаться. Следует уста-
новить выходной сигнал генератора чуть ниже того значения, при котором
начинается насыщение. Затем подключить осциллограф или измерительный
прибор на выход генератора (вход схемы) и измерить величину напряжения.
Входной сигнал необходимо поддерживать на этом уровне в течение всего
времени проведения измерений.
При выполнении любых действий, связанных с изменением выходного на-
пряжения, убедитесь в том, что его величина не превосходит ограничений,
установленных для данной ИС. Как показано на рис. 6.6, размах выходного на-
пряжения (от пика до пика) интегрального усилителя составляет примерно 5 В
на частоте порядка 20 МГц.
Рис 6.6
Зависимость выходного нопряжения от частоты
(Harris Semiconductor. Linear & Telecom lS's,
1994, p. 2-217)
Если в режиме с замкнутой обратной связью усиление равно 10, а входной
сигнал на частоте 20 МГц - 0,6 В, то выходное напряжение достигнет 6 В. Так
как эти значения сигналов превышают допустимые для указанной микросхе-
мы, то в результате возможно искажение формы выходного сигнала.
3. Если проверяемая схема позволяет настраивать или управлять такими пара-
метрами, как громкость, усиление, тембр (по высоким или низким частотам),
баланс и т.п., то при начальном измерении амплитудно-частотных характе-
ристик следует выбрать средние величины этих параметров, а затем, при не-
обходимости, произвести повторные измерения при различных положениях
органов регулировки. Хотя в рассматриваемом примере их нет, данная интег-
ральная микросхема имеет возможность подстройки смещения нуля (выводы 1
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ J209|
и 16 на рис. 6.1). Если на дифференциальном входе ИС наблюдается разба-
ланс либо имеется смещение уровня в последующих каскадах схемы, выход-
ной сигнал может быть ненулевым при нулевом сигнале на входе. Напряже-
ние, подаваемое на выводы 1 и 16, может исправить эту ситуацию.
На рис. 6.7 приведена схема измерения частотной характеристики в режиме
с разомкнутой обратной связью для другого типа ИС усилителя (СА3094А
фирмы Harris), где используется подстройка смещения нуля. В этой схеме
один из входов (вывод 3) имеет потенциал «земли», а напряжение, подавае-
мое на вывод 2, может регулироваться для установки нулевого начального
уровня на выходе. Следует отметить, что ИС на рис. 6.7 является операцион-
ным усилителем с управляемым коэффициентом усиления.
Рис 6.7
0 Вы№^ Схема измерения частотной характеристики
в режиме с разомкнутой обратной связью
Bl=2icfl дифференциального усилителя с управляемым
коэффициентом усиления (Harris Semiconductor.
Linear & Telecom IS's, 1994, p. 2-94)
Таблица 6.1. Зависимость управляющего тока смещения 1двсот величины резистора RS
е> мкА
4. При проведении измерений требуется внести полученное значение выход-
ного напряжения в таблицу. Затем, поддерживая постоянной амплитуду вы-
ходного сигнала генератора, необходимо увеличить его частоту на некото-
рую фиксированную величину и занести в таблицу новое значение выходного
напряжения. Шаг увеличения частоты генератора может быть произвольным
и определяется прежде всего диапазоном рабочих частот ИС. Вполне прием-
лемым является шаг изменения частоты в 1 МГц между измеряемыми точка-
ми (при максимальном значении порядка 10 МГц). В частотном диапазоне
свыше 10 МГц может быть допустим шаг изменения частоты 10 МГц. Есте-
ственно, что уменьшение шага изменения частоты позволит выявить ряд осо-
бенностей, в частности появление выбросов на частотной характеристике. Об-
ратите внимание, что на графике зависимости усиления от частоты (рис. 6.4)
наблюдается подъем характеристики в области частот от 100 до 200 МГц.
[210l ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
5. После начального измерения АЧХ можно при необходимости определить вли-
яние органов настройки и управления (если таковые имеются) на характерис-
тику. Например, в НЧ усилителе органы управления громкостью и усилением
оказывают одинаковое влияние в пределах собственного частотного диапазона
усилителя. Изменение уровня регулировки низких и высоких звуковых частот
(тембра) может оказать определенное влияние на частотную характеристику
во всем частотном диапазоне. Естественно, что влияние регулировки высоких
частот больше проявится в высокочастотной части диапазона, тогда как регу-
лировка низких частот окажет большее влияние в низкочастотной области.
6. Необходимо учитывать, что амплитуда выходного сигнала генератора, как
правило, изменяется с изменением частоты (факт, который иногда не учиты-
вается при измерении амплитудно-частотных характеристик). Поэтому после
каждого изменения частоты следует проверять амплитуду выходного сигнала
генератора, так как очень важно, чтобы эта величина оставалась постоянной
при измерениях во всем частотном диапазоне.
6.1.8. Усиление по напряжению
Измерение усиления по напряжению усилителя проводится по такой же методи-
ке, что и измерение АЧХ. Отношение выходного напряжения к входному (при
любой заданной частоте рабочего частотного диапазона усилителя) представляет
собой коэффициент усиления по напряжению. Так как во время измерения амп-
литудно-частотных характеристик входное напряжение (напряжение на выходе
генератора) поддерживается постоянным, зависимость коэффициента усиления
по напряжению от частоты идентична АЧХ, как видно из рис. 6.2,6.4-6.6. Необхо-
димо только помнить, что график зависимости усиления по напряжению от частоты,
приведенный на рис. 6.2, определяется прежде всего типом интегральной микросхе-
мы, а графики зависимости усиления от частоты, представленные на рис. 6.4 и 6.5, -
внешними факторами (сопротивлениями цепи обратной связи).
6.1.9. Выходная мощность и усиление по мощности
Для определения выходной мощности усилителя измеряется значение выходного
напряжения на сопротивлении нагрузки при заданной частоте в рабочем диапазо-
не частот усилителя. Например, для усилителя, изображенного на рис. 6.1, выход-
ное напряжение равно 7 В. Тогда выходная мощность:
р ¦ ж - i' °*8Вт-
Важно отметить, что при измерениях нельзя использовать в качестве нагрузоч-
ных проволочные сопротивления или любые элементы, имеющие в своем составе
моточные изделия. Такие элементы обладают индуктивным сопротивлением, ко-
торое изменяется с частотой, и, следовательно, полное сопротивление нагрузки
оказывается непостоянным. Поэтому в качестве нагрузки необходимо применять
резисторы или потенциометры, изготовленные из композитных материалов и не
имеющие индуктивности.
Для определения усиления по мощности необходимо вычислить как входную,
так и выходную мощности. Входная мощность определяется по той же методике,
что и выходная, однако нужно знать либо рассчитать входной импеданс. Для
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ ПЙПТ
некоторых схем рассчитать его довольно трудно, особенно когда входной импеданс
прибора зависит от усиления транзисторов входного каскада ИС. Если известна
(или рассчитана) величина входной мощности, усиление по мощности определяет-
ся как отношение выходной мощности к входной. В случаях, когда к входу усилите-
ля подключен резистор с значительно меньшим сопротивлением, чем входной
импеданс усилителя, можно использовать величину этого резистора для расчета
входной мощности.
6.1.10. Входная чувствительность
Для некоторых интегральных усилителей вместо параметров выходной мощнос-
ти и усиления (или дополнительно к ним) в спецификацию включается входная
чувствительность. Она означает минимальную выходную мощность, которая мо-
жет быть получена при определенном значении входного напряжения. Например,
3 Вт выходной мощности при напряжении входного сигнала 100 мВ. Как правило,
этот параметр используется в мощных ИС усилителей. Для того чтобы определить
входную чувствительность, необходимо просто приложить к входу указанное
в спецификации напряжение и измерить реальную выходную мощность.
6.1.11. Полоса пропускания
В ряде спецификаций указано, что усилительные ИС должны обеспечивать оп-
ределенное выходное напряжение (выходную мощность) в заданном диапазоне
частот. Как правило, ширина полосы пропускания по напряжению не совпадает
с полосой пропускания по мощности. Например, усилитель может отдавать пол-
ную выходную мощность только до частот порядка 1 МГц, несмотря на то что АЧХ
не имеет спада до частоты 10 МГц. Таким образом, выходное напряжение (без под-
ключения нагрузки) остается постоянным до частоты порядка 10 МГц, тогда как
выходная мощность (с подключенной нагрузкой) остается постоянной только до
частоты 1 МГц. На рис. 6.8 приведены схема и методика измерения полосы про-
пускания на уровне -3 дБ для типового ОУ (СА3020/СА3020А фирмы Harris).
6.1.12. Влияние нагрузки
Большинство усилителей, особенно мощных, чувствительны к изменениям на-
грузки. Для любого усилителя максимальное усиление по мощности достигается
в случае равенства выходного сопротивления и сопротивления нагрузки (согласо-
ванная нагрузка). Схема измерения влияния нагрузки (нагрузочной характерис-
тики) такая же, как для измерения частотной характеристики (см. рис. 6.1 и 6.7),
с учетом того, что сопротивление нагрузки при измерениях необходимо менять.
Напомним, что нельзя использовать проволочные резисторы в качестве нагрузки,
так как их индуктивная составляющая может внести значительную погрешность
в измерения.
Для измерения нагрузочной характеристики усилителя необходимо измерять
выходную мощность при различных соотношениях сопротивления нагрузки и вы-
ходного сопротивления усилителя. Таким образом, для каждого значения сопро-
тивления нагрузки (включая равное выходному сопротивлению усилителя) нуж-
но измерить коэффициент усиления по мощности (или напряжению). Повторите
[2121 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис 6.8
Схема измерения попосы пропускания ОУ типа
СА3020/СА3020А (Harris Semiconductor. Linear &
Telecom IS's, 1994, p. 2-50)
Примечание к рис. Методика выполнения измерений:
1. Установите требуемые значения питающих напряжений VCC1 и Vcc2.
2. Установите входной сигнал частотой 1 кГц, евх = 5 мВ (среднеквадратическое значение).
3. По измеренному значению евых рассчитайте величину коэффициента усиления (в децибелах).
4. Поддерживая постоянным значение евх = 5мВ, меняйте частоту входного сигнала ниже и выше
частоты 1 кГц таким образом, чтобы получить ослабление выходного сигнала на 3 дБ относи-
тельно значения, полученного на частоте 1 кГц.
5. Частотный диапазон между точками, в которых зафиксировано ослабление выходного сигнала
на -3 дБ, представляет собой полосу пропускания усилителя на уровне -3 дБ.
эти измерения для различных значений частот. На рис. 6.9 приведена типовая на-
грузочная характеристика. Следует отметить, что при двукратном превышении со-
противлением нагрузки RHarp величины выходного сопротивления усилителя R
(точка 2,0 по оси абсцисс на графике) выходная мощность Р снижается до 50%.
Рис 6.9
Типовая нагрузочная характеристика усилителя
6.1.13. Выходное сопротивление
Схему измерения нагрузочной характеристики можно использовать для опреде-
ления полного динамического выходного сопротивления усилителя (динамичес-
кого выходного импеданса). Однако методика выполнения измерений несколько
меняется. Для измерения выходного сопротивления усилителя сопротивление
нагрузки изменяется до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное значение
выходной мощности. Затем, после выключения питания, нагрузку необходимо
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ ГЩ"
отключить от схемы и измерить ее сопротивление омметром. Полученное значе-
ние равно полному динамическому выходному сопротивлению усилителя (это
значение справедливо только для частоты, на которой проводились измерения).
Если необходимо, измерения могут быть проведены для требуемых частот рабоче-
го диапазона.
На рис. 6.10 показан график зависимости полного выходного сопротивления от
частоты для типового интегрального усилителя (СА3450 фирмы Harris). Отметим,
что величина выходного сопротивления составляет менее 10 Ом в частотном диа-
пазоне до 10 МГц, а затем быстро увеличивается при возрастании частоты от 80 до
120 МГц.
Рис. 6.10
График зависимости выходного сопротивления
усилителя от частоты (Harris Semiconductor. Linear &
Telecom IS's, 1994, p. 2-217)
6.1.14. Входное сопротивление
Для определения полного входного динамического сопротивления усилителя ис-
пользуется схема, приведенная на рис. 6.11. Отметим, что исследуемая ИС имеет
два входа, для которых и требуется произвести измерения. Также следует учесть,
что точность определения полного входного сопротивления (как и выходного) во
многом зависит от точности измерения сопротивления нагрузки R. Напомним, что
в качестве нагрузки необходимо использовать непроволочные резисторы, не име-
ющие индуктивности. Полученные значения полного входного сопротивления
действительны только для частоты, на которой производились измерения.
6.1.15. Ток потребления, выходная мощность, КПД и чувствительность
На рис. 6.12 приведена схема и методика измерений тока потребления при нуле-
вом и максимальном уровнях входного сигнала, максимальной выходной мощности,
КПД усилителя, а также чувствительности и коэффициента усиления по мощности.
Представленная схема предназначена для измерения параметров конкретного типа
интегрального усилителя (СА3020/3020А фирмы Harris), но может быть исполь-
зована для большинства усилителей на интегральных схемах.
6.1.16. Анализ искажений с использованием синусоидального сигнала
Все усилители вносят в усиливаемый сигнал искажения, то есть форма выходного
сигнала отличается от входного, хотя в идеале сигналы должны быть абсолютно
идентичны, за исключением амплитуды. Для проверки усилителя можно подать
Рис. 6.11
Измерение полного входного сопротивления
(Semiconductor. Linear & Telecom IS's, 1994, p. 2-51)
Примечание к рис. Методика измерений входного сопротивления усилителя.
Вывод 10 относительно <земли* (Rbxio)-
1. Подать питающие напряжения Vcc1 и VCC2, а переключатель S установить в положение 1.
2. Установить необходимый уровень входного сигнала частотой 1 кГц.
3. С помощью переменного резистора R установить е2 = 0,5ег
4. Величина RBX10 равна полученному значению сопротивления R.
Вывод 3 относительно 4земли» (Rqx3^:
1. Подать питающие напряжения VCC1 и Vcc2, а переключатель S установить в положение 2.
2. Установить необходимый уровень входного сигнала частотой 1 кГц.
3. С помощью переменного резистора R установить е2 = 0t5ef
4. Величина RBX^ равна полученному значению сопротивления R.
на его вход сигнал синусоидальной формы (схема проверки аналогична приведен-
ной на рис. 6.1 или 6.7) и сопоставить форму входного и выходного сигналов на
экране осциллографа. Отсутствие различий в форме двух сигналов (за исключе-
нием амплитуды) означает отсутствие искажений.
Проверка или поиск неисправностей, вызывающих искажения с использованием
синусоидального сигнала, представляет собой трудоемкий процесс Более того, если
искажения невелики, они могут остаться незамеченными. Сигнал синусоидальной
формы лучше всего использовать для анализа искажений в тех случаях, когда совме-
стно с осциллографом применяются измерители нелинейных (гармонических) или
интермодуляционных искажений. При работе только с осциллографом лучше приме-
нять сигналы прямоугольной формы (хотя при измерениях амплитудно-частотных
характеристик и мощностных параметров используется синусоидальный сигнал).
6.1.17. Анализ искажений с использованием прямоугольных сигналов
Более эффективно проведение анализа искажений с использованием сигнала пря-
моугольной формы (меандра). Это определяется наличием большого количества
высших гармоник в таком сигнале. Кроме того, увидеть на экране осциллографа
искажения формы сигнала, очерченного прямыми линиями с четкими углами, го-
раздо легче, чем в случае плавно меняющегося сигнала. Методика проведения из-
мерений с сигналом прямоугольной формы такая же, как и с сигналом синусои-
дальной формы. Прямоугольный сигнал подается на вход усилителя, а к выходу
подключается осциллограф (см. рис. 6.13). Прежде всего анализируется отклонение
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ 1215]
Рис 6.12
Схема измерений тока потребления, выходной
мощности, КПД и чувствительности (Harris
Semiconductor. Linear & Telecom IS's, 1994, p. 2-50)
Примечание к рис. Т - двухтактный выходной трансформатор. Сопротивление нагрузки (R^ дол-
жно обеспечивать необходимую величину полного (коллектор-коллектор) сопротивления нагрузки
(R(x). Методика измерений:
О тока потребления при нулевом входном сигнале:
- подать питающие напряжения VCC1 и VCC2, установить значение евх = 0 В;
- измерить токи потребления 1СС1 и 1СС2 (мА) при нулевом входном сигнале;
О тока потребления в режиме максимального сигнала, максимальной выходной мощности, КПД
усилителя, чувствительности и коэффициента усиления по мощности:
- подать питающие напряжения VCC1 и VCC2, установить такое значение евх, при котором не-
линейные искажения на выходе усилителя равны 10%. При этом величина евхв милливольтах
(среднеквадратическое значение) определяет чувствительность усилителя;
- измерить токи потребления 1СС1 и 1СС2 (мА) при максимальном входном сигнале;
- определить результирующую выходную мощность усилителя (Вт). Это значение является
максимальной выходной мощностью (РВых%
- рассчитать КПД усилителя по формуле:
а значение RBxw определяется по методике измерения входного сопротивления усилителя (см.
рис. 6.11).
формы выходного сигнала от формы входного, который также наблюдается на
экране осциллографа.
При использовании двухлучевого осциллографа входной и выходной сигналы
могут наблюдаться одновременно. Если же у осциллографа имеется возможность
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис. 6.13
Анализ искажений с помощью
сигнала прямоугольной формы
инверсии сигналов, то выходной сигнал может быть инвертирован для лучшего
сравнения форм сигналов и более рационального использования площади экрана.
При обнаружении изменения формы выходного сигнала иногда по характеру
искажений можно судить о причинах их возникновения. Отметим, что примеры
на рис. 6.13 носят обобщенный характер, и один и тот же вид искажений может
быть вызван различными причинами. Например, искажения, возникающие из-за «за-
вала» частотной характеристики (ЧХ) на низких частотах (НЧ), выглядят на экране
точно так же, как вызванные подъемом характеристики на высоких частотах (ВЧ).
На рис. 6.14 представлена осциллограмма входных и выходных сигналов для
реальной схемы. Выходной сигнал (В) очень хорошо повторяет форму входного
сигнала (А) при усилении -1. Это означает, что выходной сигнал инвертирован
по отношению к входному, а усиление равно единице (то есть амплитуда сигнала
не изменилась). Следует отметить, что на осциллограмме выходного сигнала В
наблюдается слабо выраженное искажение фронтов импульса из-за ослабления
высокочастотных составляющих спектра сигнала, но оно не является таким замет-
ным, как на рис. 6.13.
Третья, пятая, седьмая и девятая гармоники идеального прямоугольного сигна-
ла являются особенно весомыми. Если на определенной частоте испытательного
Рис. 6.14
Осциллограмма прямоугольного сигнала усилителя:
А - входного; В - выходного
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ ШТ
сигнала не наблюдается искажений формы выходного сигнала усилителя, можно
считать, что частотная характеристика усилителя равномерна до частоты, по край-
ней мере в 9 раз большей частоты испытательного сигнала.
6.1.18. Гармонические искажения
Независимо от того, какой тип интегрального усилителя используется или на-
сколько хорошо он разработан, возможно появление как четных, так и нечетных
гармоник в дополнение к основному сигналу. Эти гармоники, взаимодействуя
с основным сигналом, вызывают искажения (как и в случае взаимодействия лю-
бых двух или более сигналов). Пример искажений, возникающих из-за влияния
на сигнал третьей гармоники, приведен на рис. 6.15.
Рис. 6.15
Нелинейные искажения
Измерение нелинейных искажений основано на принципе подавления основно-
го сигнала (рис. 6.15). На вход усилителя подается сигнал синусоидальной формы,
а выходной сигнал измеряется с помощью измерителя уровня или осциллографа.
Затем между выходом усилителя и входом измерительного прибора включается
фильтр, не пропускающий сигнал основной частоты. Напряжение на выходе та-
кого фильтра определяется наличием гармоник. На рис. 6.16 приведены схема
и методика измерений нелинейных (гармонических) искажений. Здесь для измере-
ния полных нелинейных искажений интегрального усилителя СА3020/СА3020А
(фирмы Harris) используется анализатор типа 302А (фирмы Hewlett Packard)
либо аналогичный прибор (для измерения среднеквадратических значений выход-
ного напряжения - вольтметр модели 320 фирмы Ballantine или его аналог). Эта
схема применяется также для измерения отношения сигнал/шум.
При проверке некоторых типов усилителей, особенно низкочастотных, осцил-
лограф используется совместно с измерителем нелинейных искажений для опреде-
ления частоты гармоник. Например, если на вход подается сигнал с частотой 1 МГц,
а на выходе (после фильтрации) наблюдается сигнал с частотой 3 МГц, можно
сделать заключение об искажениях из-за влияния третьей гармоники. Следует уста-
новить такой масштаб горизонтальной развертки осциллографа, чтобы на экране
[218] ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
укладывался один период входного сигнала. Если при том же масштабе горизон-
тальной развертки на экране наблюдаются три периода выходного сигнала, то это
означает присутствие третьей гармоники, вносящей нелинейные искажения.
Наличие нелинейных искажений можно определить еще одним методом. Напри-
мер, если без фильтра выходное напряжение составляет 100 мВ, а с фильтром -
3 мВ, это указывает на уровень нелинейных искажений 3%. Следует отметить, что
величина полных нелинейных искажений зависит от уровня выходной мощности
усилителя. Поэтому нужно подобрать такую амплитуду входного сигнала, которая
обеспечивала бы требуемую выходную мощность (рис. 6.16). Помимо этих факто-
ров величина полных нелинейных искажений зависит также от величины нагрузки.
Рис 6.16. Схема измерения нелинейных искажений и отношения сигнал/шум {Harris Semiconductor.
Linear & Telecom IS's, 1994, p. 2-51)
Примечание к рис. Т - выходной двухтактный трансформатор. Сопротивление нагрузки (RJ
должно обеспечивать необходимую величину полного (коллектор-коллектор) сопротивления на-
грузки Rcc. Методика измерений:
О отношения сигнал/шум:
- замкнуть S1 и Sy, разомкнуть S$
- подать питающие напряжения VCC1 и VCC2;
- установить такое значение евх, при котором выходная мощность усилителя составит 150 мВт;
это значение евь[Х (в дБ) считать величиной еВЫХ1;
- разомкнуть S^ и измерить полученное значение евых (в дБ); это значение считать величиной
еВЫХ2;
- отношение сигнал/шум рассчитать по формуле: с/т (дБ) - еВЫХ1 - еВЫХ2;
О полных нелинейных искажений:
- замкнуть S1 и 52, разомкнуть 5у
- подать питающие напряжения VCC1 и VCC2;
- регулируя значение евх, установить требуемый уровень выходной мощности усилителя;
- измерить с помощью анализатора значение коэффициента нелинейных искажений (в про-
центах).
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ [219~
• 1.19. Интермодуляционные искажения
»гда в усилителе смешиваются два сигнала разных частот, возможна модуляция по
итуде высокочастотного сигнала низкочастотным. Такая модуляция приводит
искажениям, которые получили название интермодуляционных (ИМИ). На
!с. 6.17 показаны основные элементы схемы измерения интермодуляционных не-
сений (генератор сигналов и фильтр верхних частот). Генератор выдает высокоча-
тотный сигнал (как правило, 7 кГц, используемый для стандартных проверок в тех-
!ке звукозаписи), модулируемый низкочастотным сигналом (как правило, 60 Гц).
7 kHz
Рнс 6.17
Схема измерений интермодуляционных искажений (ИМИ)
Примечание к рис. Коэффициент интермодуляционных искажений (ИМИ) определяется по формуле:
'.MH(%)=100max-min .
max + min
Этот модулированный сигнал подается на вход усилителя, выход которого через
фильтр верхних частот подключен к осциллографу. Фильтр верхних частот удаляет
тшзкочастотный F0 Гц) сигнал. Поэтому единственным сигналом, который должен
•наблюдаться на экране осциллографа, является сигнал с частотой 7 кГц. Если же на
экране наблюдаются какие-либо сигналы с частотой 60 Гц, то их присутствие объяс-
няется результатом низкочастотной модуляции ВЧ сигнала.
[220i ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
На рис. 6.17 приведена также упрощенная схема для измерения интермодуляци-
онных искажений. Фильтр верхних частот пропускает сигналы частотой 200 Гц
и выше. Постоянные резисторы 40 и 10 кОм используются для того, чтобы ампли-
туда сигнала частотой 60 Гц в четыре раза превышала амплитуду сигнала частотой
7 кГц (при условии, что амплитуды обоих выходных сигналов генератора равны).
С помощью потенциометра сопротивлением 10 кОм устанавливается необходимый
уровень смешанного 60 Гц/7 кГц сигнала, который не вызовет насыщения усили-
теля при измерениях.
Для расчета коэффициента интермодуляционных искажений можно восполь-
зоваться формулой, приведенной в примечании к рис. 6.17.
6.1.20. Фоновый шум
Если осциллограф обладает достаточной чувствительностью, то его можно ис-
пользовать для измерения уровня внутреннего шума усилителя, а также для обна-
ружения фона неременного тока, генерации и т.п. Осциллограф должен позволять
измерять напряжения на входе величиной менее 1 мВ (и даже значительно ниже
для усилителей на И С).
Принцип измерений заключается в определении величины выходного напряже-
ния усилителя с максимальным значением усиления или громкостью, но без пода-
чи входного сигнала Можно использовать и измеритель уровня сигнала, но осцил-
лограф позволяет наблюдать визуально частоту и характерные свойства шумового
сигнала. Усиление осциллографа необходимо увеличивать до тех пор, пока на эк-
ране не будут наблюдаться шумы, фон или другие помехи.
Появление напряжения шума может быть вызвано наведенными помехами в про-
водах, соединяющих усилитель и осциллограф. При сомнениях такого рода отсо-
едините провода от усилителя (но не от осциллографа). Если вы предполагаете,
что имеется фон сетевого питающего напряжения с частотой 60/50 Гц (наводки от
источника питания либо другого источника), установите переключатель синхро-
низации осциллографа в положение «от сети». Появление стационарного изоб-
ражения сигнала означает, что его происхождение связано с фоновым сигналом
сети переменного тока, воздействующим на схему. Если изображение сигнала
нестабильно при синхронизации «от сети», то его природа, скорее всего, связана
с генерацией в усилителе либо наводками через паразитные емкости. В этом слу-
чае закоротите входные клеммы усилителя. Если этот сигнал сохранился, можно
предположить наличие генерации в схеме усилителя.
В современных усилителях на интегральных микросхемах внутренние или фо-
новые шумы гораздо ниже уровня 1 мВ, и их практически невозможно измерить
даже очень чувствительным осциллографом. В таких ситуациях необходимо ис-
пользовать промежуточный усилитель для усиления сигнала, подаваемого на ос-
циллограф (см. рис. 6.18). Проверяемая интегральная микросхема включена для
получения высокого значения усиления по напряжению в качестве первого каскада
усиления. Суммарное усиление по напряжению достигает 50 000. Такое усиление
позволяет обнаружить и записать на диаграммном самописце напряжение шума
(см. рис. 6.19). Уровень шумов измеряется в десятисекундном интервале, значение
полного размаха амплитуды напряжения (от пика до пика) составляет 25 нВ.
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ
Рис. 6.18. Схема измерения уровня шумов в диапазоне частот 0,1 -10 Гц
Примечание к рис. Проверяемый прибор должен предварительно прогреваться не менее 3 мин
и быть защищен от потоков воздуха.
Рис. 6.19
Типичная диаграмма шума усилителя
(запись на диаграммном самописце
«ма-тмэ в десятисекундном интервале)
6.1.21. Отношение сигнал/шум
Для ряда усилителей на ИС отношение сигнал/шум проверяется вместо измере-
ний фонового шума (а иногда и дополнительно). Схема измерений такая же, как
и для измерения уровня нелинейных искажений, за исключением того, что анали-
затор нелинейных искажений не используется.
Измерение отношения сигнал/шум характеризует отношение фонового шума
к амплитуде сигнала при работе усилителя в определенных условиях. Например,
для схемы, приведенной на рис. 6.16, амплитуда входного сигнала увеличивается
до тех пор, пока выходной сигнал не достигнет уровня 150 мВт, после чего опреде-
ляется значение выходного напряжения в децибелах. Затем входной сигнал от-
ключается, но входные выводы остаются соединенными через имеющиеся резис-
торы и емкости, вот почему выходной сигнал определяется только напряжением
шумов самой И С. Уровень напряжения шума также измеряется в децибелах, пос-
ле чего рассчитывается отношение сигнал/шум.
[222] ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
6.1.22. Скорость нарастания и переходные характеристики
Скорость нарастания представляет собой максимальную скорость изменения вы-
ходного напряжения усилителя при условии сохранения линейности характеристик
(симметричный выход без нелинейных искажений). Этот параметр обычно приво-
дится в разделе «Переходные характеристики» технических условий. К переходным
характеристикам также относятся время нарастания, время установления выходно-
го напряжения ОУ, выброс на фронтах импульса и иногда размах колебаний на вер-
шине.
Скорость нарастания выходного напряжения определяется делением приращения
выходного напряжения на время, соответствующее этому приращению, - dVBbIX / dt.
Обычно размерность этой величины - В/мкс. Например, если нарастание величи-
ны выходного напряжения усилителя составило 7 В за 1 мкс, то скорость нараста-
ния напряжения будет равна 7 В/мкс. Основное влияние этого фактора на работу
схем заключается в том, что большая скорость нарастания выходного напряжения
позволяет получить большую выходную мощность.
Если известна скорость нарастания выходного напряжения, то можно прибли-
зительно оценить ширину полосы пропускания по мощности усилителя, исполь-
зуя следующее соотношение:
Полная ширина полосы пропускания по мощности (в мегагерцах) -
скорость нарастания выходного напряжения
™ 6,28 X пиковое значение выходного напряжения
Например, в технических условиях для интегральной микросхемы НА-2529
фирмы Harris типовое значение скорости нарастания выходного напряжения рав-
но 150 В/мкс, а двойное амплитудное значение выходного напряжения (от пика
до пика) составляет ±10 В (пиковое значение выходного напряжения - 10 В). Тог-
да, пользуясь приведенным выше соотношением, получим:
б^БГГо "*39МГц-
Отметим, что указанное в паспортных данных для ИС НА-2529 значение полной
ширины полосы пропускания по мощности составляет 2,1 МГц (минимальное зна-
чение) и 2,6 МГц (типовое значение).
Наиболее простой способ определения скорости нарастания выходного напря-
жения усилителя заключается в измерении крутизны переднего фронта импуль-
са выходного напряжения при подаче на вход сигнала прямоугольной формы
(см. рис. 6.20). При этом время нарастания входного прямоугольного сигнала долж-
но быть очень малым, чтобы не вносить дополнительные погрешности в измере-
ния. В итоге форма импульса выходного напряжения будет отличаться от прямо-
угольной и иметь сглаженную форму. В приведенном примере скорость нарастания
(и спада) выходного напряжения составляет примерно 40 В/мкс D0 В за 1 мкс).
Следует отметить, что скорость нарастания выходного напряжения обычно опре-
деляют в режиме с замкнутой обратной связью. Как правило, скорость возрастает
с увеличением усиления.
На рис 6.21а,6 приведены примеры измерения скорости нарастания выходного на-
пряжения, времени нарастания, времени установления выходного напряжения, вы-
бросов на фронтах импульсов и размаха колебаний на вершине. На рис. 6.21в,г
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ [223~
Рис 6.20
Измерение скорости нараста-
ния выходного напряжения
Примечание к рис. В приведен-
ном примере скорость нарас-
тания выходного напряжения
составляет около 40 В/мкс при
единичном коэффициенте уси-
ления. Входной сигнал прямоу-
гольной формы должен обла-
дать минимальным временем
нарастания. Размах выходного
напряжения (двойное ампли-
тудное значение) равен 40 В.
представлены схемы измерения скорости нарастания выходного напряжения, пере-
ходных характеристик и диапазона регулировки напряжения смещения для типового
ОУ на ИС (НА-2529 фирмы Harris), а на рис. 6.21д - осциллограммы сигналов.
6.1.23. Измерение переходных характеристик
Существует несколько способов измерения переходных характеристик. На рис. 6.22
приведена схема измерения времени установления выходного напряжения.
Для данного типа ИС усилителя (НА-2529) время нарастания сигнала опреде-
ляется при выходном напряжении 200 мВ и коэффициенте усиления, равного 3.
Поэтому необходимо использовать осциллограф, имеющий достаточно высокую
чувствительность. Как показано на рис. 6.21б,д, время нарастания выходного на-
пряжения измеряется в диапазоне от 10 до 90% установившегося значения напря-
жения и составляет примерно 40 не. По техническим условиям типовое время на-
растания выходного напряжения равно 20 не, а максимальное - 50 не.
Время установления выходного напряжения определяется как интервал с мо-
мента начала импульса входного напряжения до момента установления выходно-
го напряжения в пределах зоны, определяемой размахом колебаний на вершине,
или достижения выходным напряжением определенной величины вблизи устано-
вившегося значения. Для усилителя НА-2529 время установления выходного на-
пряжения отсчитывается до момента, пока величина отклонения от установивше-
гося значения A0 В) при коэффициенте усиления -3 не уменьшится до 0,1%.
Таким образом, эти измерения производятся в режиме больших сигналов. Время
установления для данного усилителя чуть меньше 150 не (от начала импульса
входного сигнала, включая время выброса и возвращения выходного напряжения
к уровню 10 В). По техническим условиям типовое время установления равно
200 не. С точки зрения работы схемы увеличение времени нарастания, времени уста-
новления и выброса на фронте уменьшает ширину полосы пропускания усили-
теля. При использовании усилителя на ИС в импульсных схемах большое время
Г2241 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис 6.21. Скорость нарастания и время установления выходного напряжения (о); переходные
характеристики (б); схема измерения скорости нарастания выходного напряжения и переходной
характеристики (в); схема измерения диопозона регулировки напряжения смещения но выходе - VJr);
осциллограммы сигналов при измерении скорости нарастания выходного напряжения и переходной
характеристики (д).
Примечания к рис.:
1. Скорость нарастания выходного напряжения определяется как AV/ AT. Колебания на вершине
составляют ±10 мВ от установившегося значения выходного напряжения (рис. 621а).
2. Измерения проводятся как при положительном нарастании выходного напряжения (от 0 до
+200 мВ), так и при отрицательном (от 0 до -200 мВ) - рис. 6.216.
3. Диапазон регулировки напряжения смещения на выходе определяется выражением |УМ + 1 мВ\.
Типовое знамение диапазона регулировки от +28 до -18 мВ при сопротивлении резистора RT - 20 кОм
(рис. 6.21г).
нарастания и время установления выходного напряжения могут привести к зна-
чительным искажениям формы импульса.
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ [2251
Выход
Рис 6.22
toopF Схема измерения времени установления
выходного напряжения (Harris Semiconductor.
Linear & Telecom IS's, 1994, p. 2-310)
Примечание к рис. Коэффициент усиления Av
равен -3. Отношение сопротивлений обратной
связи и суммирующего резистора должно подби-
раться с точностью не менее 0,1%. Могут при-
меняться ограничительные диоды CR1 и CR2,
рекомендуемый тип - НР5082-2810.
6.1.24. Фазовый сдвиг
Фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями для многих усилите-
1ей на ИС не является определяющим фактором при их разработке, но для неко-
торых усилителей, особенно операционных или используемых в качестве опера-
ционных, он критичен. Как правило, в ОУ используется принцип обратной связи,
зависящий от передачи выходного сигнала обратно на вход ОУ. В идеальных усло-
виях при разомкнутой обратной связи выходной сигнал должен быть сдвинут по
фазе строго на 180° по отношению к сигналу на инвертирующем входе и находить-
ся в фазе с сигналом на неинвертирующем входе. Любые значительные отклоне-
ния от этого условия могут вызвать серьезные проблемы в работе схем с ОУ.
Допустим, что в схеме с ОУ используется инвертирующий вход (неинвертиру-
ющий вход заземлен) и выходное напряжение схемы подается обратно на него.
Если выходной сигнал не смещен полностью на 180° (а только на несколько гра-
дусов), в схеме может начаться генерация, так как выходной сигнал находится
почти в фазе с входным. Даже если не возникнет генерация, коэффициент усиле-
ния будет нестабильным и схема не будет надежно работать.
Двухлучевой осциллограф (см. рис. 6.23а) - идеальный инструмент иссле-
дования фазового сдвига. Для более точных измерений кабели, подключен-
ные к входу и выходу схемы, должны иметь одинаковые характеристики и дли-
ну. На повышенных частотах разница в длине кабелей или их характеристик
может привести к дополнительному фазовому сдвигу. Для упрощения измере-
ний следует установить масштаб горизонтальной развертки осциллографа так,
чтобы один период входного сигнала точно укладывался на девяти делениях (как
правило, это соответствует 9 см). Затем можно определить масштаб по горизон-
тали (цену деления в градусах фазового угла) для входного сигнала. Например,
если на 9 см экрана осциллографа укладывается один период сигнала C60°), то 1 см
соответствует 40° C60 / 9 = 40).
Для определения величины фазового сдвига необходимо измерить расстояние
по горизонтали между соответствующими точками входного и выходного сигна-
лов, а затем умножить полученное значение на цену деления D0°/см в приведенном
примере). Если расстояние между соответствующими точками входного и выход-
ного сигналов равно 0,6 см, то сдвиг фазы составит: 0,6 X 40° = 24е.
Если в осциллографе имеется множитель скорости развертки, то можно полу-
чить более точные результаты. Так, при увеличении скорости развертки в 10 раз,
цена деления составит 4°/см D0°/см X 0,1 = 4°/см).
На рис. 6.23б,в приведены осциллограммы одного и того же сигнала (с увеличе-
нием и без увеличения скорости развертки). При десятикратном увеличении ско-
рости развертки расстояние по горизонтали равно 6 см и фазовый сдвиг составит
24вFсмХ4о/см = 24°).
Рис 6.23
Измерение фазового сдвига
Примечание к рис. Для повышения точ-
ности измерений скорость горизонталь-
ной развертки осциллографа увеличена
в 10 раз.
6.1.25. Измерения в цепях обратной связи
Поскольку усилители на ИС содержат цепи обратной связи (особенно схемы ОУ),
иногда необходимо проверить величину напряжения обратной связи на данной
частоте при определенных условиях работы схемы. Принципиальная схема для
проведения таких измерений приведена на рис. 6.24.
Хотя измерение напряжения обратной связи можно производить по схеме, изоб-
раженной на рис. 6.24а, более точные результаты будут получены в том случае,
когда вывод обратной связи нагружен на сопротивление, соответствующее рабо-
чему режиму (как показано на рис. 6.246).
Если величина входного резистора схемы R1 значительно меньше входного со-
противления ИС, можно использовать нагрузку, равную сопротивлению входного
резистора. Если же возникают сомнения, следует измерить входное сопротивле-
ние ИС и подключить к выводу обратной связи резистор такой же величины (для
измерения напряжения в режиме разомкнутой обратной связью). Напомним, что
при нормальной работе большинства схем с ОУ коэффициент усиления по напря-
жению в режиме с разомкнутой обратной связью значительно больше коэффици-
ента усиления в режиме с замкнутой обратной связью.
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ ГмГ
Рисб.24
Схемы измерения напряжения
обратной связи
6.1.26. Входной ток
Входной ток (входной ток смещения) усилителя на ИС - это среднее значение
двух входных токов входного дифференциального каскада усилителя. Практичес-
кая значимость этого параметра заключается в том, что падение напряжения на вход-
ных резисторах (например, подключенных к выводу 3 ИС на рис. 6.7), зависящее от
входного тока, ограничивает уровень входного синфазного напряжения при повы-
шенных значениях входных сопротивлений. Входной сигнал должен быть больше
падения напряжения (что может оказаться проблематичным в случае малого вход-
ного сигнала и большой величины сопротивления входных резисторов).
Для измерения входного тока можно использовать схему, приведенную на рис. 6.25.
Резисторы R1 и R2 могут иметь любую разумную величину сопротивления (при
условии, что они одинаковы и падение напряжения на них может быть удобно
измерено). Для типовых ОУ рекомендуется применять резисторы сопротивлени-
ем 1 кОм (с точностью не ниже 1%).
На практике обычно не применяется последовательное подключение измери-
тельных приборов к входам ОУ, как показано на схеме, а измеряются падения на-
пряжения на резисторах R1 и R2, а затем рассчитывается входной ток. Например,
если падение напряжения на резисторе сопротивлением 1 кОм составило 3 мВ, то
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис. 6.25
Схема измерения входного тока
Примечание к рис. Питание включе-
но, но входной сигнал не подается.
входной ток будет равен 3 мкА. Для проверки результатов измерений в случае
различных значений токов следует поменять резисторы R1 и R2 местами, чтобы
убедиться, что причина этих различий не вызвана разбросом в величине сопротив-
лений. В идеальном случае величины входных токов должны быть равными для
обоих входов; на практике они могут чуть-чуть различаться. Любые серьезные
различия входных токов являются результатом разбаланса дифференциального
каскада усилителя и могут повлиять на работу схемы в целом (такой разбаланс -
признак неработоспособности ИС).
6.1.27. Входной ток сдвига и напряжение смещения нуля
Напряжением смещения нуля (входным напряжением смещения) ОУ называется
такое напряжение, при подаче которого на вход выходное напряжение будет рав-
но нулю. Входным током сдвига ОУ называется разность входных токов усилите-
ля. Обычно используется приведенное к входу значение напряжения смещения
нуля, так как выходные параметры ОУ зависят от обратной связи.
Влияние напряжения смещения нуля и входного тока сдвига заключается в том,
что входной сигнал должен компенсировать некоторое начальное смещение на
входе, прежде чем появится выходной сигнал. Кроме того, при отсутствии вход-
ного сигнала существует некоторое постоянное смещение начального уровня на
выходе. Например, если у ИС усилителя напряжение смещения нуля составляет
1 мВ и на его вход подан сигнал такой же величины, то на выходе усилителя ника-
кого сигнала не будет. Если же увеличить входной сигнал до 2 мВ, усиливаться
будет только часть сигнала, превышающая уровень 1 мВ.
Схема для измерения напряжения смещения нуля и входного тока сдвига ОУ
приведена на рис. 6.26. Выходное напряжение измеряется в двух режимах: Е{ (SI
замкнут - R3 закорочены) и Е2 (S1 разомкнут - R3 включены в цепь).
При равенстве сопротивлений Rl, R2 и R3 значениям, показанным на схеме
(рис. 6.26), допустим, что величины напряжений равны: Е1 = 83 мВ, Е2 = 363 мВ. Тогда
Напряжение смещения =
Входной ток сдвига = —-
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ ГСдо]
Рис. 6.26
Схема измерений напряжения
смещения и входного тока сдвига ОУ
Примечание к рис. Типовые значения
схемных элементов: R1 - 51 Ом, R2 -
5,1к0м,Ю = 100 кОм.
6.1.28. Ослабление синфазного сигнала
Для этого параметра существует несколько определений, принятых в литературе
(например, коэффициент ослабления синфазного сигнала, КОСС). Однако для
измерения ослабления синфазного сигнала, независимо от используемого опре-
деления, необходимо в первую очередь определить усиление ОУ в режиме с ра-
зомкнутой обратной связью на требуемой рабочей частоте. Затем для измерения
ослабления синфазных сигналов надо собрать схему, приведенную на рис. 6.27. Да-
лее нужно увеличивать синфазное напряжение (той же частоты, на которой из-
мерялось усиление в режиме с разомкнутой обратной связью) до тех пор, пока на
выходе не появится сигнал, уровень которого можно надежно измерить. При этом
нельзя превышать значения максимально допустимого входного синфазного на-
пряжения, приведенного в технических условиях. При отсутствии информации
о его величине следует ограничиться максимально допустимым значением вход-
ного напряжения для данной И С.
Для упрощения расчетов следует увеличивать входное напряжение до тех пор,
пока значение выходного напряжения не достигнет целой величины (например, 1 мВ,
как показано на рис. 6.27). Далее необходимо вычислить значение эквивалентного
Рис. 6.27
Схема измерения ослабления
синфазного сигнала
[23(Г| ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
входного дифференциального сигнала. Для этого требуется разделить получен-
ную величину выходного напряжения на значение усиления в режиме с разом-
кнутой обратной связью. Например, для значения коэффициента усиления
в режиме с разомкнутой обратной связью, равного 100, и выходного напряжения,
равного 1 мВ, величина эквивалентного дифференциального входного сигнала со-
ставит: 0,001 / 100 = 0,00001.
После этого измерьте входное напряжение, при котором выходное напряжение
равнялось 1 мВ, и для определения ослабления синфазного сигнала разделите
полученное значение на величину эквивалентного дифференциального сигнала.
В рассматриваемом примере можно вычислить входное напряжение (при котором
выходное напряжение равно 1 мВ), а затем сместить десятичную запятую на пять
разрядов. Например, если выходной сигнал равен 1 мВ при напряжении входного
синфазного сигнала 10 В, а коэффициент усиления - 100, то коэффициент ослаб-
ления синфазного сигнала составит 1 000 000. Полученный результат можно вы-
разить в децибелах A20 дБ по напряжению).
6.1.29. Влияние нестабильности напряжения питания
Влияние нестабильности напряжения питания выражается отношением измене-
ния напряжения смещения нуля ОУ к вызвавшему его изменению напряжения
питания. В ряде технических условий размерность этого коэффициента указыва-
ется в милливольтах или микровольтах на вольт (мВ/В или мкВ/В), что указыва-
ет на изменение напряжения смещения нуля ОУ (измеряется в милливольтах или
микровольтах) относительно изменения напряжения питания (в вольтах). В неко-
торых случаях используется величина, определяющая ослабление влияния напря-
жения питания, которая измеряется в децибелах.
Независимо от принятого определения для измерения этого параметра ис-
пользуется схема, представленная на рис. 6.26. Методика измерений аналогична
приведенной выше, за исключением того, что изменяется напряжение питания
(с шагом 1 В). Изменение напряжения смещения нуля ОУ при изменении напря-
жения питания на 1 В и является величиной ослабления влияния напряжения
питания (если необходимо, она может выражаться в децибелах). Схема, изобра-
женная на рис. 6.26, может быть использована и при питании усилителя от двух
источников. В этом случае напряжение одного источника питания меняется (с ша-
гом 1 В), тогда как напряжение второго источника остается без изменений.
6.2. Типы усилителей на ИС
В этом разделе рассматриваются основные технические характеристики и пара-
метры схем с различными типами усилителей на ИС.
6.2.1. Операционные усилители
Термин операционный усилитель (ОУ) первоначально использовался для высо-
кокачественных многокаскадных усилителей постоянного тока, применяемых
в аналоговых вычислительных машинах. Эти усилители выполняли матема-
тические операции (суммирование, масштабирование, вычитание, интегрирование
ТИПЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ИС [231~
и т.п.). В настоящее время недорогие интегральные ОУ используются во многих
типах усилителей.
На рис. 6.28 приведены примеры классического использования ОУ. Для инвер-
тирующего усилителя выходное напряжение UBbIX равно входному напряжению
UBX, умноженному на отношение R2 / R1. Если значения сопротивлений R1 и R2
одинаковы, то усиления нет (единичное усиление, или коэффициент усиления,
равно 1). Если R2 (сопротивление обратной связи) равно 100 кОм, a R1 (входной
резистор) - 10 кОм, то усиление по напряжению - 10. В большинстве случаев ОУ
работают в режиме с замкнутой обратной связью. Главной целью применения об-
ратной связи является стабилизация необходимого значения коэффициента уси-
ления. В инвертирующих усилителях выходное напряжение инвертировано по от-
ношению к входному. Эта инверсия происходит при подаче входного сигнала на
инвертирующий (-) вход усилителя (вывод 2).
Неинвертирующий усилитель используется в тех случаях, когда входное и вы-
ходное напряжения должны быть в фазе. При этом входное напряжение подает-
ся на неинвертирующий (+) вход (вывод 3), а выходное напряжение UBbIX будет
равно входному напряжению UBX, умноженному на отношение (Rl + R2) / R1.
В дифференциальном усилителе выходное напряжение UBbIX зависит от разно-
сти двух входных напряжений (U2 - U1), умноженной на отношение сопротивле-
ний. Для суммирующего инвертирующего усилителя выходное напряжение UBbIX
является суммой входных напряжений Ul, U2 и U3. Например, если каждое из
трех входных напряжений равно 5 В, выходное напряжение - 15 В (при условии,
что значения всех сопротивлений Rl - R4 одинаковы).
Для схем, приведенных на рис. 6.28, нужен источник питания с несколькими
выходными напряжениями (обычно ±5, ±10 и ±15 В). Это требование относится
к большинству ОУ, несмотря на то что некоторые типы ОУ работают только с од-
ним напряжением источника питания.
Необходимо отметить, что в схемах с инвертированием сигнала неинвертирую-
щий вход ОУ заземлен (иногда через резистор). Обычно такое заземление приме-
няется в ОУ, используемых в схемах с одним входом (хотя ОУ имеют дифферен-
циальный вход). Общим правилом является выбор сопротивления заземляющего
резистора равным сопротивлению параллельно включенных резисторов входной
цепи и обратной связи (см. примечание к рис. 6.28г).
Отметим также, что для большинства ОУ, описанных в этой главе, внешние
элементы коррекции не используются. Раньше ОУ зачастую требовали приме-
нения внешних корректирующих цепей (обычно состоящих из конденсаторов
и/или резисторов) для обеспечения необходимых частотных характеристик. В на-
стоящее время многие ОУ имеют встроенные элементы коррекции и не нужда-
ются в дополнительных элементах. Хотя существуют и исключения. Например,
инвертирующий усилитель с высоким входным импедансом, изображенный на
рис. 6.28е, требует применения внешнего корректирующего конденсатора (меж-
ду выводом 8 и «землей»). При определении неисправностей общим является
следующее правило: если усилитель работает, но его частотные характеристи-
ки не соответствуют требованиям, то проблемы связаны с элементами коррекции.
[2321 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис 6.28. Классические примеры использования ОУ (National Semiconductor, Linear Applications Handbook,
1994, p. 70): а) инвертирующий усилитель; 6) неинвертирующий усилитель; в) дифференциальный усилитепь;
г) инвертирующий суммирующий усипитепь; д) неинвертирующий суммирующий усилитель; е) инвертирующий
усилитель с высоким значением входного сопротивления; ж) быстродействующий инвертирующий усилитель
с высоким выходным сопротивлением; з) неинвертирующий усилитель переменного тока
ТИПЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ИС [233]
Примечания к рис.:
R1//R2 = R3//R4 для снижения ошибки из-за влияния входного тока (рис. 6.28в).
R5 = R1//R2//R3//R4 для снижения ошибки из-за влияния входного тока (рис. 6.28г).
Точность - 1% при входном сопротивлении источника сигнала 1 кОм (рис. 6.28д).
- Погрешность коэффициента усиления не превышает 1% (при использовании источника сигнала
с выходным сопротивлением не более 100 кОм) - рис. 6.28е.
5.2.2. Управляемый операционный усилитель
Управляемый операционный усилитель (иногда называемый программируемым уси-
лителем,) очень похож на обычный ОУ, хотя они не полностью взаимозаменяемы. Этот
ерационный усилитель имеет не только стандартные дифференциальные входы, но
и дополнительный управляющий вход, на который подается ток смещения 1АВС.
Схема усилителя на ИС, управляемого током 1АВС, приведена на рис. 6.7. Величи-
на управляющего тока, подаваемого на вывод 5, устанавливается резистором Rs.
Управляющий вход расширяет возможности операционного усилителя. Напри-
мер, если требуются низкое энергопотребление, малые входной ток и ток сдвига
либо высокое входное сопротивление, то необходимо выбрать небольшое значе-
ние 1АвС- С другой стороны, если усилитель работает при средних значениях со-
противления нагрузки, то используются более высокие значения 1АВС-
Еще одно отличие управляемого операционного усилителя от стандартного ОУ
заключается в очень высоком значении выходного сопротивления (для большин-
ства обычных ОУ оно существенно ниже). Поэтому выходным сигналом управляемо-
го операционного усилителя лучше считать ток, величина которого пропорциональна
разности напряжений на его двух дифференциальных входах (инвертирующем
и неинвертирующем).
Переходные характеристики управляемого операционного усилителя (или со-
отношения вход/выход) лучше определяются понятием транспроводимости
(transconductance), или крутизны переходной вольт-амперной характеристики,
чем усилением по напряжению. Крутизна ОУ, обозначаемая, как правило, gm или
g12, представляет собой отношение изменения выходного тока AВЫХ) и входного
напряжения (Евх). За исключением высокого значения выходного сопротивления
и переходных характеристик, остальные параметры управляемого операционного
усилителя не отличаются от параметров обычного ОУ.
На рис. 6.29 приведена типовая схема включения управляемого операционного
усилителя, дополненная внешними элементами. Предположим, что требуется уси-
ление в режиме с разомкнутой обратной связью, равное 100. Оно напрямую зави-
сит от величин выходной нагрузки RL и крутизны ОУ. Однако действительное зна-
чение выходной нагрузки определяется параллельно включенными резисторами
RL и RF и равно примерно 18 кОм (RL X Rf) / (RL + Rp). Для коэффициента уси-
ления в режиме с разомкнутой обратной связью, равного 100, и выходной нагруз-
ки 18 кОм значение gm составит 100 / 18 000, или около 5,5 мСм (миллисименс).
Крутизна ОУ устанавливается током 1^с. Пользуясь приведенными на рис. 6.30
характеристиками, выберем значение 1АВс (по крив°й для минимальных значений),
чтобы обеспечить необходимое усиление. Как следует из графика (рис. 6.30), если
gm = 5,5 мСм, то 1АВС приблизительно равен 20 мкА.
[2341 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис 6.29
Типовая схема включения управляемого
операционного усилителя (Harris Semicon-
ductor. Linear & Telecom IS's, 1994, p. 2-58)
Рис.6.30
Зависимость крутизны управляемого
операционного усилитепя от тока смещения
(Harris Semiconductor. Linear & Telecom IS's,
1994, p. 2-695)
Примечание к рис. Температура окружаю-
щей среды - +25 'С, частота - 1 кГц, на-
пряжения питания: V+ - 6 В, V- - -6 В
uV+-+15B.V 15 В.
6.2.3. ОУ со стабилизацией прерыванием
Стабилизация прерыванием используется в тех случаях, когда особенно важны
стабильность характеристик во времени и независимость их от изменений темпе-
ратуры и напряжения питания. На рис. 6.31 и 6.32 приведены функциональная схе-
ма, пояснения к принципу работы и расположение выводов ОУ со стабилизацией
прерыванием на примере интегральной микросхемы ICL7805S фирмы Harris. Она
полностью взаимозаменяема со стандартной ИС IC7650, но имеет улучшенные
параметры по напряжению смещения нуля, более низкий температурный коэффи-
циент напряжения смещения и входного тока сдвига, меньшее значение входного
тока и более широкий диапазон синфазных напряжений.
Как показано на рис. 6.31, ИС состоит из двух ОУ - основного и обнуляющего.
Оба усилителя имеют конденсаторы для фиксации напряжения смещения нуля.
Основной ОУ постоянно включен между входными и выходными шинами, обнуля-
ющий ОУ под управлением генератора прерывания и схемы синхронизации попе-
ременно обнуляет себя и основной усилитель. Два внешних конденсатора СЕХТА
и СЕХТВ служат для сохранения обнуляющих потенциалов. Синхронизирующий ге-
нератор и все остальные цепи управления являются внутренними. Однако вариант
конструктивного исполнения ОУ в 14-выводном корпусе (рис. 6.32в) предусматривает
ТИПЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ИС B351
Рис. 6.31. Внутренняя функциональная схема ОУ со стабилизацией прерыванием (Harris Semiconductor.
Linear & Telecom IS's, 1994, p. 2-695)
Рис 6.32. Расположение выводов ОУ со стабилизацией прерыванием типа ICL7650S, вид сверху (Harris
Semiconductor. Linear & Telecom IS's, 1994, p. 2-694): а) корпус PDIP, SOIC; б) корпус ТО-99; в) 14-вывод-
ной корпус PDIP, CDIP, SOIC
возможность подключения при необходимости внешнего синхронизирующего гене-
ратора. Все внутренние функции усилителя доступны для пользователя, что позво-
ляет устранить общие для всех ОУ со стабилизацией прерыванием проблемы (ин-
термодуляцию, выбросы и блокировку при перегрузке).
Как показано на рис. 6.33, для ОУ со стабилизацией прерыванием используются
те же самые схемы включения, что и для основных типов ОУ (инвертирующий уси-
литель, неинвертирующий усилитель и повторитель напряжения). Однако для них
необходимо подключение к выводам СЕХТА и СЕХТВ дополнительных конденсато-
ров, обеспечивающих напряжение обнуления, причем общая точка конденсаторов
должна быть подключена к выводу CRETN. Это соединение должно быть выполнено
непосредственно к каждому конденсатору отдельным проводом либо печатной до-
рожкой на плате, чтобы избежать в цепях конденсаторов появления сигнала, выз-
ванного падением напряжения от тока нагрузки. Внешняя обкладка каждого кон-
денсатора должна (если возможно) подключаться к выводу CRETN.
Для того чтобы полностью использовать преимущества ОУ со стабилизацией
прерыванием, их входы должны быть защищены. На рис. б.ЗЗг показана защита
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис 6.33
Схемы включения ОУ со стабилизацией
прерыванием (Harris Semiconductor.
Linear & Telecom IS's, 1994, p. 2-703):
а) инвертирующий усилитель;
б) повторитель; в) неинвертирующий
усипитепь (для оптимальной защиты
необходимо низкое значение
сопротивления R1 // R2); г) топология
печатной платы для защиты входных
контактов ОУ при использовании
металлического корпуса транзистор-
ного типа ТО-99
входных выводов ОУ в 8-выводном корпусе транзисторного типа ТО-99 с исполь-
зованием 10-контактной конфигурации площадки для установки ОУ на печатной
плате. При этом поверхность платы вблизи входных выводов 2 и 3 ОУ не занята
При конструктивном исполнении ИС в 14-выводном плоском пластмассовом кор-
пусе (PDIP) выводы расположены таким образом, что для облегчения выполнения
условий защиты соседние с входными выводы не используются (см. рис. 6.32в).
Большая часть информации, приведенной далее, касается основных принципов
схемотехники, и содержащиеся в ней технические сведения будут наиболее полез-
ны тем читателям, которые еще не очень хорошо представляют себе проблему по-
иска неисправностей в электронных схемах. Приводимые технические сведения
служат основой для постепенного изучения вопросов, связанных с диагностикой
неисправностей в усилителях.
6.2.4. Прохождение сигнала
Основной метод поиска неисправности в усилителе связан с проверкой прохож-
дения сигнала в схеме, как показано на рис. 6.34. Наличие входного и выходного
сигналов в каждом каскаде должно проверяться осциллографом или измерителем
сигнала. Любой каскад, на выходе которого обнаружено отклонение в форме сиг-
нала или каких-то иных параметрах или отсутствие выходного сигнала вообще,
при наличии на входе каскада тестового сигнала с нормированными параметрами
должен рассматриваться как явно дефектный. Для локализации неисправности
используются измерения сопротивлений и/или напряжений на всех элементах
транзистора или интегральной микросхемы.
Наиболее удобным прибором для проверки схем усилителей (как отдельных
каскадов, так и сложных систем) является осциллограф. Его возможности позво-
ляют выполнять функции любого измерителя, к тому же он обладает преимуще-
ством наглядного отображения сигналов на экране, что позволяет оперативно
оценить основные параметры и наличие отклонений в работе усилителя: звон,
искажения формы сигнала, шум, пульсации, генерация и т.п.
ТИПЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ИС [2371
Рис 6.34. Схема проверки усилителя методом контроля прохождения сигнала
Примечание к рис. По мере проверки каждого каскада усилителя амплитуда сигнала должна возра-
стать, но его форма не должна искажаться.
При проверке работы усилителя методом прохождения сигнала осциллограф
используется точно так же, как и измерительный прибор. На вход схемы подается
тестовый сигнал генератора (рис. 6.34). На экране осциллографа производится
измерение амплитуды и формы сигнала. В качестве входного может использовать-
ся сигнал синусоидальной либо прямоугольной формы.
Щупом осциллографа последовательно контролируется сигнал на входе и вы-
ходе каждого каскада усилителя, пока не будет проверен выходной сигнал конеч-
ного каскада. На каждом этапе проверяется выходное напряжение и усиление,
а также форма выходного сигнала каскада, которая не должна отличаться от фор-
мы входного сигнала, подаваемого с генератора. Покаскадное усиление и искаже-
ния формы сигнала быстрее всего определяются осциллографическими методами.
6.2.5. Измерение усиления отдельных каскадов
Будьте внимательны при измерении усиления в отдельных каскадах усилителя,
особенно охваченных обратной связью. Например, в схеме на рис. 6.35 при изме-
рении сигнала на базе транзистора Q1 напряжение на базе относительно «земли»
не является величиной входного напряжения. Поэтому для получения правиль-
ного значения усиления необходимо подключить общий зажим измерителя (или
осциллографа) к эмиттерному выводу транзистора, а измерительный щуп - к базо-
вому. Фактически следует произвести измерение на переходе база-эмиттер тран-
зистора. При этом учитывается действие сигнала обратной связи.
Основная мера предосторожности при тестировании схем: ни в коем случае
нельзя прикасаться заземленным выводом осциллографа или общим выводом из-
мерительного прибора к базовому выводу транзистора. Исключением может быть
ситуация, когда общий вывод или щуп подключен к изолированному шасси, плате
осциллографа или измерительного прибора. Большие токи, протекающие по контуру
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис. 6.35. Основные методы поиска неисправностей в схемах дискретных усилителей
Примечание к рис. Показание вольтметра должно составлять приблизительно 12 В при подключе-
нии закорачивающего шунта между выводами базы и эмиттера транзистора (см. рис. 635г). При
отключении шунта показание вольтметра должно составлять примерно 6 В.
заземления между измеряющим прибором и проверяемой схемой, могут прохо-
дить через переход база-эмиттер транзистора и выведут его из строя. Эта пробле-
ма решается при помощи изолирующего (развязывающего) трансформатора.
6.2.6. Пониженное усиление
Искажения могут быть следствием низкого значения коэффициента усиления уси-
лителя, охваченного обратной связью. Если усиление имеет нормальную величи-
ну, некоторые виды искажений могут быть устранены. При низком же значении
коэффициента усиления влияние обратной связи может оказаться недостаточным
для снижения уровня искажений до заданного предела. Разумеется, пониженное
значение коэффициента усиления само по себе является поводом для детальной
проверки схемы, как с обратной связью, так и без нее.
ТИПЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ИС [239~
Многие типы усилителей имеют очень большой коэффициент усиления в ре-
жиме разомкнутой обратной связи. Значение усиления устанавливается отноше-
нием величин резисторов (как говорилось выше, отношением величины сопротив-
ления обратной связи к входному нагрузочному сопротивлению). Низкое значение
усиления экспериментальной схемы в режиме с замкнутой обратной связью ука-
зывает прежде всего на неправильный подбор величин резисторов. Для готового
усилителя проблема возникает тогда, когда значение коэффициента усиления
в режиме с замкнутой обратной связью меньше того, которое определяется соот-
ношением величин сопротивлений. При поиске неисправностей в тех случаях,
когда форма сигнала указывает на низкое усиление, а напряжения транзистора
или интегральной микросхемы находятся в допустимых пределах, попытайтесь за-
менить транзистор или интегральную микросхему.
Помните о том, что эмиттерный развязывающий конденсатор (если он есть в схе-
ме) может быть оборван или иметь большие утечки. При больших утечках кон-
денсатор начинает действовать как сопротивление, включенное параллельно эмит-
терному резистору, что приводит к значительному возрастанию отрицательной
обратной связи и низкому усилению. При полностью закороченном (пробитом)
эмиттерном развязывающем конденсаторе напряжение на эмиттере транзистора не
соответствует норме (оно, как правило, равно нулю или же потенциалу «земли»).
6.2.7. Искажения в каскадах усилителя на дискретных элементах
Искажения могут быть вызваны неправильной величиной смещения, насыщени-
ем при слишком большом усилении либо слишком малым усилением, недостаточ-
ным для того, чтобы сигнал обратной связи мог сгладить искажения. Проблемой,
часто встречающейся в каскадах усилителей, охваченных обратной связью, и при-
водящей к искажениям, является увеличение усиления из-за тока утечки транзи-
стора. Как правило, считается, что повышение тока утечки перехода коллектор-
база транзистора снижает усиление, так как этот ток имеет противоположенное по
отношению к току сигнала направление. Несмотря на то что данное утверждение
справедливо для одиночного каскада, оно может оказаться не совсем верным для
многокаскадного усилителя, охваченного обратной связью.
При значительных токах утечки перехода коллектор-база транзистора напря-
жение на базе становится ближе к напряжению на коллекторе (по сравнению со
случаем отсутствия тока утечки). В такой ситуации возрастает не только прямое
смещение на транзисторе, но и ток через транзистор. Увеличение тока транзисто-
ра вызывает снижение входного сопротивления, что само по себе может вызвать
снижение усиления в некоторых схемах. Если усилитель, охваченный обратной свя-
зью, имеет непосредственно связанные каскады, влияние обратной связи возраста-
ет. Это происходит потому, что рабочая точка следующего каскада, задаваемая сме-
щением на базе, также смещается, что может привести в результате к искажениям.
6.2.8. Влияние утечки на работу схем с дискретными элементами
При наличии значительных токов утечки усиление в каскаде на дискретных эле-
ментах снижается до нуля и/или форма сигнала значительно искажается. Эта же
причина вызывает изменения формы и величины напряжений на транзисторе.
[240] ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Внешние проявления позволяют сравнительно легко определить причину неис-
правности. Определение неисправности становится весьма сложным в том случае,
когда токи утечки достаточны только для снижения усиления, но не вносят значи-
тельных искажений в форму сигнала или существенных изменений в напряжения
на транзисторе.
6.2.9. Ток утечки коллектор-база
Повышенный ток утечки коллектор-база - один из наиболее частых дефектов
транзистора и классическая причина низкого значения усиления для отдельного
каскада. При наличии тока утечки перехода коллектор-база транзистор может
оказаться смещенным в прямом направлении или прямое смещение увеличится
(см. рис. 6.356). Влияние тока утечки коллектор-база эквивалентно действию ре-
зистора, включенного между коллектором и базой транзистора. Потенциал базы
становится ближе к потенциалу коллектора, и транзистор смещается в прямом
направлении. При достаточно высоких значениях тока утечки транзистор может
оказаться в режиме насыщения (либо в состоянии, близком к насыщению). Во
время работы транзистора в этих условиях коэффициент усиления (одиночного
каскада) уменьшается, как показано на рис. 6.35в.
6.2.10. Проверка токов утечки транзисторов в схеме
Если номинальные значения напряжений неизвестны, как бывает в случаях с экс-
периментальными схемами, неисправный транзистор может выглядеть вполне
исправным, так как соотношения между всеми напряжениями находятся в норме.
Переход коллектор-база смещен в обратном направлении (для транзистора п-р-п
типа положительное напряжение на коллекторе больше, чем на базе), а переход
эмиттер-база смещен в прямом направлении (для транзистора п-р-п типа напря-
жение на базе больше, чем на эмиттере).
Простой способ проверки транзистора на наличие токов утечки показан на
рис. 6.35г. Напряжение на коллекторе измеряется относительно «земли». Затем за-
корачиваются между собой базовый и эмиттерный выводы и повторно измеряется
напряжение на коллекторе. При отсутствии утечек закорачивание перехода эмит-
тер-база выключает транзистор, а напряжение на коллекторе возрастает до напря-
жения источника питания. При наличии же каких-либо утечек для тока сохраняет-
ся прежний путь (через эмиттерный резистор, шунт эмиттер-база, сопротивление
утечки коллектор-база и коллекторный резистор). На коллекторном резисторе
происходит некоторое падение напряжения, и потенциал коллектора будет ниже
напряжения питания на эту величину.
Большинство измерительных приборов обладает собственным потреблением
тока по входу. Этот ток во время измерений протекает через коллекторный резис-
тор (см. рис. 6.35г), что может привести к недоразумениям, особенно в тех случа-
ях, когда у прибора низкое значение параметра Ом/В. Чтобы этого избежать, ре-
комендуется подключить прибор к источнику питания через вспомогательный
резистор, имеющий такое же сопротивление, что и коллекторный. Напряжение
источника питания относительно «земли» в этом случае должно быть точно таким
же, как при измерении напряжения на коллекторе относительно «земли». Если же
ТИПЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ИС ЩГ
измеренное напряжение источника питания больше, чем напряжения на коллек-
торе, то транзистор имеет утечку.
Предположим, что напряжение на коллекторе, измеряемое относительно «зем-
ли», равно 4 В (см. рис. 6.35г). Значит, падение напряжения на коллекторном ре-
зисторе составляет 8 В и ток коллектора равен 4 мА (8 / 2000 = 0,004). Как прави-
ло, нормальное рабочее напряжение коллектора равно приблизительно половине
напряжения источника питания (то есть примерно 6 В в рассматриваемом приме-
ре). Хотя напряжение на коллекторе равно 4, а не 6 В, это не означает дефекта
схемы, так как некоторые схемы разработаны именно для таких напряжений.
Тем не менее транзистор должен быть проверен на утечку с использованием
закорачивания перехода эмиттер-база (рис. 6.35г). Допустим, что напряжение на
коллекторе возрастает до 10 В при закорачивании выводов эмиттера и базы (на-
пряжение на коллекторном резисторе - 2 В при напряжении источника питания
12 В). Это указывает, что транзистор находится в режиме отсечки, но через рези-
стор все еще протекает некоторый ток, и его величина составляет примерно 1 мА
B / 2000 = 0,001).
Значение тока 1 мА слишком велико для входного тока большинства современ-
ных измерительных приборов. Для подтверждения утечки именно в транзисторе
подключите его через вспомогательный резистор сопротивлением 2 кОм (соответ-
ствующий коллекторной нагрузке) к источнику питания 12 В (лучше всего в той
же точке, где подключен коллекторный резистор). Предположим, что с использо-
ванием внешнего резистора показания прибора составили 11,7 В. Это свидетель-
ствуют о том, что транзистор имеет утечку.
Ток утечки транзистора можно оценить следующим образом: 11,7 - 10 = 1,7 В
(разность напряжений), и утечка составляет 1,7 / 2000 - 0,00085 = 0,85 мА. Одна-
ко с практической точки зрения наличие сколько-нибудь заметного тока, протека-
ющего через транзистор, который находится в режиме отсечки, является безуслов-
ным и достаточным основанием для его замены.
6.2.11. Пример поиска неисправностей в усилителе
На примере комбинированного НЧ усилителя, содержащего дискретные элемен-
ты и интегральный ОУ, проводится поэтапная проверка, определение характера
неисправности (элемента или проводного соединения) и ее локализация. Этот
усилитель, принципиальная схема которого приведена на рис. 6.36, выбран в каче-
стве примера именно по той причине, что в его состав входят и дискретные эле-
менты, и интегральная микросхема. ИС СА3094В является программируемым
усилителем (усиление на котором задается резистором на выводе 5) и аналогичен
операционному усилителю, управляемому током.
Внешние симптомы неисправности значения не имеют, так как действительная
причина может заключаться в одном или нескольких элементах схемы (транзисторы,
ИС, диоды, конденсаторы и т.п.) или даже в неправильно выполненном соединении
схемных элементов. Если это так, то последующая проверка формы сигналов, напря-
жений, сопротивлений поможет определить цепь схемы, содержащую неисправность.
При проверке схемы, входящей в состав какого-нибудь оборудования, лучше
всего начать с изучения доступной литературы и определения работоспособности
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис. 6.36. Принципиальная схема и эксплуатационные данные комбинированного НЧ усилителя (Harris
Semiconductor. Linear & Telecom IS's, 1994, p. 2-100)
Примечание к рис. Типовые эксплуатационные данные для НЧ усилителя с выходной мощностью 12 Вт:
О выходная мощность (нагрузка 8 Ом, регулятор тембра установлен в положение «Равномерно*):
- музыка (для общих нелинейных искажений 5%; стабилизированный источник питания) - 15 Вт;
- непрерывный режим (при уровне интермодуляционных искажений 0,2%, для сигналов 60 и 2 кГц,
смешанных в соотношении 4:1; нестабилизированный источник питания) - 12 Вт;
О общие нелинейные искажения:
- при 1 Вт, нестабилизированный источник питания - 0,05%;
- при 12 Вт, нестабилизированный источник питания - 0,57%;
О усиление по напряжению - 40 дБ;
О фон переменного тока и шумы (ниже уровня выходного сигнала в непрерывном режиме) - 83 дБ;
О входное сопротивление - 250 кОм.
Особенности:
1. Для стандартного входного сигнала: С2 закорачивается; R1 = 250 кОм; С1 = 0,047 мкФ; удалить
резистор R^
2. При использовании керамического звукоснимателя в качестве источника входного сигнала: С1 =
0,0047 мкФ; R1 -= 2,5 МОм; удалить перемычку на С2; оставить R2.
3. Силовой трансформатор STANCOR Р-6609 либо эквивалентный A20 В переменного тока/26^ В
с отводом от середины обмотки, ток до 1 А).
ТИПЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ИС
схемы. В предложенном примере единственным «литературным источником»
является принципиальная схема, приведенная на рис. 6.36. В прилагаемом опи-
сании технических характеристик говорится о выходной мощности 12 Вт на на-
грузке сопротивлением 8 Ом. Хотя нагрузка на схеме изображена в виде RL, вы
можете предположить, что схема будет использоваться с динамиком, имеющим
сопротивление 8 Ом. На схеме не указаны контрольные точки и формы сигна-
лов, не везде приведены значения напряжений и нет никаких данных о величи-
нах сопротивлений относительно «земли» (карты сопротивлений). Тем не менее,
имея даже такие неполные сведения, можно осуществить проверку, наблюдая
сигнал в различных точках схемы, и установить причину неисправности по ре-
зультатам этой проверки.
Прежде всего необходимо подать сигнал на вход (на схеме это конденсатор С1)
и проверить его наличие на выходе. Выходное напряжение измеряется на RL либо на
динамике с сопротивлением 8 Ом, подключенном вместо RL. Во время проверок надо
обязательно использовать либо резистор, либо динамик, но никогда не включайте
эту схему без нагрузки, иначе элементы Q2, Q3 и, возможно, Q1 выйдут из строя.
Выходной сигнал (на соединенных эмиттерах Q2/Q3 и/или динамике) должен
быть равен примерно 10 В для того, чтобы развить мощность 12 Вт на нагрузке 8 Ом
(9,82 / 8 = 12 Вт). Если, как следует из спецификации, схема имеет усиление по
напряжению 40 дБ, входного сигнала с напряжением 0,1 В A00 мВ) будет вполне
достаточно, чтобы получить полную мощность на динамике, правда, в зависимос-
ти от положения движка переменного резистора R1.
Подключите на вход усилителя генератор звуковой частоты и установите на нем
сигнал с напряжением 0,1 В частотой 1 кГц. Регуляторы настройки верхних и ниж-
них частот тембра надо установить в средние положения, а регулятором R1 до-
биться неискаженного («хорошего») звучания сигнала в динамике и/или хорошо
различимого сигнала на соединенных эмиттерах Q2/Q3.
Далее требуется установить R1 в положение, при котором напряжение сигнала
на динамике (или соединенных эмиттерах) составит 10 В. Возможно, при этом зву-
ковая нагрузка на уши будет слишком велика, тогда при помощи резистора R1
следует подобрать приемлемую силу звука и изменить положение ВЧ и НЧ ре-
гуляторов тембра. Оба они должны оказывать определенное влияние на высоту
звукового тона, но воздействие регулятора нижних частот должно быть более за-
метным. Далее необходимо установить частоту сигнала генератора равной 10 кГц
и повторить проверку регуляторов тембра. При этом влияние регулятора высоких
частот должно быть больше.
Если схема усилителя работает так, как описано выше, предположение о ее ра-
ботоспособности подтверждается. Если у вас имеются соответствующие приборы,
то следует произвести измерения общих нелинейных и интермодуляционных ис-
кажений и сравнить полученные результаты с данными, приведенными в специ-
фикации схемы (см. примечание к рис. 6.36). Нужно также проверить действи-
тельную величину сигнала на входе интегральной микросхемы (вывод 2), когда
выходной сигнал равен 1 В, и определить действительное усиление по напряжению,
которое должно составлять 40 дБ.
[244] ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
В случае, если работа схемы в ходе проверки отличается от описанной выше
следует установить ручки управления громкостью и тембром (ВЧ и НЧ) в сред-
ние положения и проверить напряжения на выводах 2 и 8. Измерения в конт-
рольных точках можно проводить вольтметром переменного тока, вольтметром
постоянного тока с выпрямлением сигнала либо осциллографом. Осциллограф
наиболее предпочтителен, поскольку любые искажения формы сигнала в конт-
рольных точках сразу же отразятся на экране прибора (так же, как и отклонения
напряжения).
Если на выводе 2 микросхемы есть сигнал, но он отсутствует на выводе 8, либо
усиление сигнала на выводе 8 по сравнению с выводом 2 очень невелико, неисп-
равность связана с ИС. Следует проверить напряжения на всех выводах микро-
схемы. Хотя точные значения напряжений неизвестны, есть определенные приемы
их оценки.
Вторичная обмотка силового трансформатора рассчитана на напряжение 26,8 В
и имеет отвод от середины обмотки. Поэтому значения напряжения питания +V
и -V будут находиться в интервале от 12 до 15 В и иметь одинаковые значения.
В любом случае напряжения на выводах 4 и 6 интегральной микросхемы будут
равны примерно -12 В, а на выводе 7 - +12 В (хотя напряжение на выводе 7 долж-
но быть чуть меньше по сравнению с выводами 4 и 6 из-за наличия подключен-
ного к нему резистора 5,6 кОм).
Если напряжения на выводах ИС нормальные, а усиленный сигнал на выводе 8
мал, это может означать, что либо неисправна микросхема, либо величина резис-
тора на выводе 5 подобрана неверно (как указывалось выше, этот резистор задает
усиление операционных усилителей, управляемых током, и программируемых
усилителей) Возможно также, что глубина обратной связи с выхода усилителя
через С2 и регулятор тембра на инвертирующий вход ИС (вывод 3) слишком ве-
лика Следует помнить, что основное усиление сигнала по напряжению в этой схе-
ме обеспечивает микросхема, а транзисторы Q2 и Q3 являются усилителями мощ-
ности.
Если на выводе 8 ИС имеется нормальный сигнал, но на выходе усилителя (на
динамике или RL) его нет, неисправна дискретная часть схемы (связанная с эле-
ментами Ql, Q2 и Q3). Необходимо проверить коллекторные напряжения тран-
зисторов Q2 и Q3. Их значения должны составлять примерно 12 В и быть почти
одинаковыми (за исключением разной полярности). Кроме того, эти напряже-
ния должны практически совпадать с напряжениями на выводах 4, 6 и 7 ИС.
Проверки напряжений и формы сигналов вполне достаточно для обнаружения
любых серьезных отклонений в работе схемы (включая неправильные соединения
схемных элементов). Разумеется, если схема работоспособна, но ее рабочие харак-
теристики отличаются от паспортных, то, вероятно, проблема заключается в нека-
чественном монтаже, неправильном выборе номиналов отдельных элементов и т.п.
В заключение необходимо отметить, что основные приемы по определению неис-
правностей, описанные в данном разделе, могут применяться ко всем схемам на-
стоящей главы.
КОМПАРАТОРЫ [245*
6.3. Компараторы
Интегральные компараторы по своей сути являются операционными усилителя-
ми с высоким коэффициентом усиления и предназначены для работы в режиме
с разомкнутой обратной связью. Как правило, сигнал на выходе компаратора по-
является тогда, когда напряжение на входе принимает значение выше или ниже за-
данного уровня либо когда входное напряжение пересекает нулевой уровень. На-
пример, в схемах, приведенных на рис. 6.37 и 6.38, Компаратор LM111 выдает на
своем выходе (вывод 7) уровень лог. 1 или лог. О соответственно при положитель-
ной или отрицательной разности напряжений на входах.
Рис. 6.37
Детектор уровня для фотодиода
Порог или уровень срабатывания устанавливается путем подачи на один из вхо-
дов компаратора опорного напряжения. Сравниваемый сигнал поступает на проти-
воположный вход. Состояние выхода компаратора изменяется, когда входной сигнал
либо превышает, либо становится ниже уровня опорного напряжения. В качестве
компаратора мог бы использоваться обычный ОУ широкого применения, однако
время срабатывания таких ОУ составляет, как правило, несколько десятков микро-
секунд. В табл. 6.2 приведены характеристики классического компаратора на интег-
ральной микросхеме LM111 (при напряжении питания 5 В и температуре 25 °С).
Таблица 6.2. Основные параметры компаратора LM111
Параметр
Значение параметра
мин. типовое макс.
Единица измерения
Входное напряжение смещения нуля -
Входной ток смещения
Входной ток сдвига -
Усиление по напряжению
Время срабатывания
Диапазон синфазного сигнала 0,3
Размах выходного напряжения
Выходной ток
Коэффициент разветвления 8
по выходу (ДТЛ/ТТЛ)
Ток потребления
0.7
4
60
100
200
-
-
_
3
10
100
-
-
3.8
50
59
мВ
нА
нА
В/мВ
НС
В
В
мА
мА
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
6.3.1. Работа с интегральными компараторами
Одна из основных проблем, связанных с компараторами, заключается в их склон-
ности к самовозбуждению. В этом разделе приводятся рекомендации, позволяю-
щие избежать самовозбуждения и ряда других негативных явлений, характерных
для этих устройств.
Рекомендуется как можно дальше друг от друга разводить выходной и баланс-
ный выводы микросхемы (такие, как 5, 6 и 7 - см. рис. 6.38) с целью предотвра-
тить их непосредственное взаимодействие. В том случае, если балансировка не
используется (рис. 6.37), нужно соединить балансные выводы между собой. Если
использование балансных выводов необходимо, то для снижения вероятности са-
мовозбуждения следует попытаться подключить между ними конденсатор емкос-
тью 0,1 мкФ. Как правило, в компараторах на ИС развязывающий конденсатор не
требуется. Если же его использование связано с необходимостью сглаживания
больших пиков напряжения в источнике питания при изменении состояния ком-
паратора, нужно соединения между ИС и развязывающим конденсатором сделать
как можно короче.
Рис 6.38
Детектор пересечения нулевого уровня для
электромагнитного датчика
При внутреннем сопротивлении источника питания сигнала от 1 до 10 кОм
импедансы (как емкостная, так и активная составляющие) на обоих входах долж-
ны быть равны. Равенство импедансов приводит к подавлению паразитной обрат-
ной связи и тем самым к предотвращению самовозбуждения. Следует также исполь-
зовать положительную обратную связь для увеличения гистерезиса, как показано
на рис. 6.39 и 6.40.
При низком импедансе источников входных сигналов нужно включать после-
довательно со входами компаратора дополнительные (развязывающие) резисторы.
Резисторы ограничивают пиковые токи и особенно важны при случайном под-
ключении входов к источнику с высоким напряжением. Использование источни-
ка с низким импедансом не вызывает проблем в том случае, если его выходное на-
пряжение не превышает отрицательное напряжение источника питания. Однако,
поскольку при отключении питания напряжение на соответствующих выводах ком-
паратора спадает до нуля, могут понадобиться дополнительные меры по защите ИС.
КОМПАРАТОРЫ [247]
Конденсаторы большой емкости (более 0,1 мкФ), подключенные ко входам ком-
паратора, снижают импеданс источников сигнала, и в таком случае, как уже было
отмечено, нужно использовать развязывающие резисторы. При этом время разря-
да конденсаторов может существенно превышать время спада питающих напря-
жений при их резком отключении.
Следует избегать переполюсовки питания компараторов (как, впрочем, и любых
других интегральных микросхем). Как правило, обратное напряжение более 1 В из-за
больших значений тока может привести к расплавлению алюминиевых соедини-
тельных дорожек микросхемы. Во избежание этого используйте ограничительные
диоды, выдерживающие пиковые токи, которые могут возникать в цепях питания.
Не допускается работа интегрального компаратора, если его общий вывод на-
ходится под напряжением, превышающим напряжение питания. Выходное напря-
жение компаратора (например, 50 В) создает определенную разность потенциалов
между выходным выводом и выводом напряжения питания. Следовательно, если
компаратор работает от отрицательного напряжения питания (рис. 6.37), макси-
мальное выходное напряжение должно быть снижено до величины, равной или
меньшей напряжения питания отрицательной полярности.
6.3.2. Проверка компараторов
Проверка любой схемы с компаратором заключается в изменении входного сигна-
ла и проверке последующего за этим изменением выходного сигнала. Например,
Рис. 6.40. Неинвертирующий компаратор с гистерезисом
Рис. 6.39. Инвертирующий компаратор с гистерезисом
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
в схеме, показанной на рис. 6.37, состояние выхода компаратора должно изменить-
ся в тот момент, когда ток фотодиода D1 достигнет значения 1 мкА. Для контроля
следует закрыть от света фотодиод D1, измерить напряжение на выводе 7, а затем
осветить фотодиод. Как правило, при этом напряжение на выходе будет переклю-
чаться от нулевого уровня до уровня, близкого к -10 В.
В схемах на рис. 6.39 и 6.40 следует проверять выходное напряжение на нагрузке
RH при изменении входного напряжения выше и ниже значения Uo H (в при-
мере использовано значение 7,5 В). Как правило, выходное напряжение меняет-
ся скачком в диапазоне от нуля до примерно 15 В. Для схемы, приведенной на
рис. 6.39, напряжение на выходе изменится до 15 В при снижении входного на-
пряжения до 5 В и упадет до нуля, когда входное напряжение возрастет до 10 В.
Противоположный характер изменений будет наблюдаться для схемы на рис. 6.40.
В схеме на рис. 6.41 приложение изменяемого напряжения к выводу UBX вызо-
вет либо включение лампы L1, либо ее выключение (в зависимости от величины
напряжения). Если значение UBX больше UA или меньше UB, лампа будет выклю-
чена. Она будет включена только тогда, когда UBX меньше UA, но больше UB. Ди-
апазон напряжений, при которых лампа остается включенной, зависит от соотно-
шения сопротивлений резисторов Rl, R2 и R3.
¦»«
Рис. 6.41
Двухкомпараторная схема допускового контроля
напряжения с ламповым индикатором
В схеме на рис. 6.42 на вход подают синусоидальный сигнал и наблюдают на
выходе меандр с той же самой частотой. Амплитуда меандра определяется соотно-
шением сопротивления резистора смещения RCMeui и сопротивлений делителя об-
ратной связи R5/R6.
6.3.3. Определение неисправностей в схемах компараторов
Первым шагом при определении неисправностей в схемах компараторов явля-
ется проверка соответствия изменения выходного напряжения требуемому по
КОМПАРАТОРЫ [249"
Рис. 6.42
Детектор пересечения нуля для
преобразования синусоидального
сигнала в прямоугольный
техническим условиям изменению входного напряжения. При отсутствии тако-
го соответствия необходимо настроить рабочие параметры схемы согласно ее
описанию.
Если проблема не решается при помощи подстроечных процедур (либо они не
предусмотрены в данной схеме), нужно с помощью измерительного прибора или
осциллографа проследить прохождение сигнала от входа (обычно задается опре-
деленный уровень напряжения) до выхода (наблюдаются, как правило, либо скач-
кообразные изменения уровня выходного напряжения, либо сигнал в виде меанд-
ра или импульса прямоугольной формы). Произведите измерения напряжений
и/или сопротивлений в каждой точке исследуемой схемы.
Если в схеме на рис. 6.37 состояние выхода не изменяется при периодическом
освещении фотодиода Din его затемнении, необходимо проверить наличие изме-
нений напряжения на выводе 2 ИС LM111. Хотя они будут незначительными
(фототок D1 равен примерно 1 мкА), их все же можно зафиксировать. При отсут-
ствии изменений напряжения на выводе 2 ИС LM111 причина неисправности зак-
лючается в фотодиоде D1. Если же изменения зафиксированы на выводе 2, но
отсутствуют на выводе 7, несправна микросхема LM111.
В схемах на рис. 6.39 и 6.40 необходимо проверить наличие скачкообразного
изменения выходного напряжения от нулевого уровня до приблизительно 15 В
при изменении входного напряжения от 5 до 10 В. Схемы срабатывают при проти-
воположных направлениях изменения входного напряжения (схема на рис. 6.39 -
инвертирующая, а на рис. 6.40 - неинвертирующая), что и показано стрелками на
петлях гистерезиса. Если на выходе ИС не наблюдается изменений при заданных
изменениях входного сигнала, проблема связана с ИС LM139 (естественно, если
не считать случая, когда схема подключена неверно и поэтому не дает ожидаемого
результата).
Если в схеме на рис. 6.41 лампа L1 остается постоянно включенной или выклю-
ченной при значениях входного напряжения UBX выше и ниже пороговых уров-
ней TJA и UB, необходимо проверить наличие изменений на базе транзистора Q1.
Если они наблюдаются, но состояние лампы не меняется, неисправность, скорее
всего, связана с транзистором Q1.
[250] ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Например, при снижении напряжения на базе Q1 до нуля лампа должна погас-
нуть, и наоборот. Если же она постоянно выключена, проблема может быть связа-
на с исправностью самой лампы (хотя это первое, что необходимо проверить).
Следует помнить, что значение напряжения, при котором происходит включение
лампы, задается резисторами Rl, R2 и R3. При условии, что Vcc равно 10 В, а со-
противления Rl, R2 и R3 равны между собой, лампа L1 выключится, если UBX бу-
дет выше 6,6 В или ниже 3,3 В. Она остается включенной, когда UBX больше 3,3 В,
но меньше 6,6 В.
В схеме на рис. 6.42 в случае отсутствия на выходе меандра при синусоидаль-
ном входном сигнале следует предположить неисправность ИС LM139 (при усло-
вии правильного подключения ИС и правильном выборе значений сопротивле-
ний). Еще одной причиной может стать большой ток утечки (пробой) диода D1,
при котором входной сигнал не поступает на LM139. Уровень напряжения поряд-
ка 700 мВ в точке соединения резисторов R1 и R2 указывает на то, что, скорее
всего, диод D1 исправен.
Надо помнить, что нулевой уровень срабатывания устанавливается значени-
ями сопротивлений R4 и R5. При Rl + R2 - R5 напряжение VI = V2 в том
случае, когда UBX = 0. Выходной сигнал будет скачкообразно переключаться
из одного состояния в другое в те моменты, когда входной синусоидальный
сигнал пересекает нулевой уровень. Для указанных на схеме номиналов резис-
торов напряжение на обоих входах LM139 при отсутствии входного сигнала
равно примерно 1,5 В.
6.3.4. Проблемы быстродействия компараторов
Достаточно сложной проблемой при анализе работоспособности компаратора яв-
ляется ситуация, когда схема работает, но время срабатывания слишком велико.
Трудно решить, связана ли проблема с одним из элементов схемы или же с са-
мим интегральным компаратором. Схема проверки и временные диаграммы,
представленные на рис. 6.43, помогут в решении этого вопроса. Следует отме-
тить, что в схеме не используются внешние элементы (за исключением нагрузки
с сопротивлением 5,1 кОм). Выходной сигнал регистрируется на осциллографе. На
вход схемы подается сигнал от импульсного генератора (время нарастания фронта
импульса генератора должно быть меньше, чем ожидаемое время срабатывания
компаратора). Диаграммы на рис. 6.43 показывают реакцию схемы как на положи-
тельный, так и на отрицательный импульсы. Нужно иметь в виду, что время сра-
батывания возрастает для более низких входных напряжений, следовательно, про-
верка должна проводиться с теми же самыми значениями импульсных напряжений,
которые используются в реальной схеме. Если собственное время срабатывания
интегрального компаратора укладывается в заданный интервал (при проверке без
внешних элементов), то проблема локализована. Если же время срабатывания дан-
ной ИС слишком велико, необходимо заменить ее более быстродействующей схе-
мой, например компаратором RM4805, изображенным на рис. 6.44.
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ
Рис. 6.43. Принципиальная схема проверки времени срабатывания и временные диаграммы выходных
сигналов для ИС малого быстродействия: а) зависимость времени срабатывания ат амплитуды входного
сигнала положительной полярности {напряжение входнаго сигнала составляет 5,20 и 100 мВ; темпера-
тура окружающей среды равна 25 *С); б) зависимость времени срабатывания от амплитуды входного
сигнала отрицательной полярности (напряжение входного сигнала составляет 5,20 и 100 мВ; темпера-
тура окружающей среды равна 25 *С)
6.4. Применение ОУ и компараторов
6.4.1. Малошумящий измерительный усилитель
На рис. 6.45 приведена схема малошумящего измерительного усилителя, в которой
использованы оба ОУ интегральной схемы МАХ412. Спектральная плотность шума
на входе не превышает 2,4 нВ/Гц1/2 на частоте 1 кГц. Размах выходного сигнала со-
ставляет 7,3 В на нагрузке 2 кОм при напряжении питания ±5 В. Ток питания -
2,5 мА на каждый усилитель, ширина полосы пропускания при единичном усиле-
нии - 28 МГц, максимальная скорость нарастания выходного напряжения - 4,5 В/мс,
[2521 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис. 6.44. Схема проверки времени срабатывания и осциллограммы сигналов для ИС высокого
быстродействия: а) время срабатывания при поступлении на вхад схемы положительного
перепада напряжения; б) время срабатывания при поступлении на вход схемы отрицательного
перепада напряжения; в) принципиальная схема проверки времени срабатывания (быстродей-
ствия); г) осциллограммы входного и выходного сигналов при частоте входного синусоидального
колебания 25 МГц; д) осциллограммы входного и выходного сигналов при частоте входного
синусоидального колебания 50 МГц
Примечание к рис. Цифрами на графике обозначена величина амплитуды входного сигнала: 1 - 50 мВ,
2-5мВ,3- /,2мВ (рис. 6.44а,б).
максимальное напряжение смещения - 250 мкВ, а минимальное усиление по напря-
жению - 115 дБ. («Maxim High-Reliability Data Book», 1993, p. 3-9.)
6.4.2. Инвертирующий усилитель
На рис. 6.46а приведена интегральная микросхема МАХ420 (со стабилизацией
прерыванием), включенная по схеме инвертирующего усилителя, а на рис. 6.466
представлено расположение выводов. Максимальное напряжение смещения
ПРИМЕНЕНИЕ OY И КОМПАРАТОРОВ Г253~
Рис. 6.45. Мопошумящий измерительный усилитель
Примечание к рис. Элементы схемы, отмеченные одной и двумя звездочками, предназначены соот-
ветственно для подстройки усиления и коэффициента ослабления синфазного сигнала. ИС выполне-
на в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-корпус) или малогабаритном кор-
пусе (SO-корпус). Расположение выводов микросхемы приведено для вида сверху.
Рис. 6.46. Инвертирующий усилитель (а); расположение выводов микросхемы МАХ420/422,
вид сверху (б)
составляет 5 мкВ; входные напряжения находятся в пределах +12...-15 В при
напряжении питания ±15 В; уровень входных шумов в диапазоне от постоян-
ного тока до 1 Гц равен 0,3 мкВ (размах по напряжению); значения коэффици-
ента усиления, коэффициента ослабления синфазного сигнала и коэффициента
ослабления влияния изменения напряжения питания равны 120 дБ. Максималь-
ный ток потребления - 0,5 мА, а входной ток смещения - 30 пА. («Maxim High-
Reliability Data Book», 1993, p. 3-11.)
6.4.3. 8-каналыный мультиплексор видеосигналов для работы на кабель
На рис. 6.47 показано расположение выводов и приведен пример включения ИС
МАХ440 (мультиплексор/усилитель) в схему мультиплексирования восьми каналов
видеосигнала на один кабель. Ширина полосы пропускания при единичном уси-
лении равна 160 МГц, при усилении 6 дБ - НО МГц; время переключения между
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис. 6.47.8-канольный мультиплексор видеосигналов для роботы но кабель
Примечание к рис. Расположение выводов микросхемы приведено для вида сверху. Вывод N.C. не
имеет внутренних соединений. ИС выполнена в плоском корпусе с двухрядным расположением вы-
водов (DIP-корпус) или малогабаритном корпусе (SO-корпус).
каналами - 15 не; максимальная скорость нарастания выходного напряжения -
370 В/мкс; входная емкость при включении/выключении - 4 пФ. («Maxim New
Releases Data Boob, 1993, p. 3-15.)
6.4.4. 2-канальный мультиплексор видеосигналов для работы на кабель
На рис. 6.48 приведен пример включения ИС М АХ442 (мультиплексор/усили-
тель) в схему мультиплексирования двух каналов видеосигнала на один кабель.
Ширина полосы пропускания при единичном усилении - 140 МГц; время пе-
реключения между каналами - 36 не; максимальная скорость нарастания вы-
ходного напряжения - 250 В/мкс. («Maxim New Releases Data Book», 1993,
p. 3-17.)
6.4.5. Усилитель для работы на кабель
с минимальными фазовыми искажениями
На рис. 6.49 приведена схема, использование которой обеспечивает минималь-
ные фазовые искажения при подключении ИС, изображенных на рис. 6.47 и 6.48.
(«Maxim New Releases Data Book», 1993, p. 3-20.)
6.4.6. Двухполупериодный выпрямитель на одном ОУ
На рис. 6.50 приведен пример использования ИС МАХ480 в качестве двухполу-
периодного выпрямителя. Максимальный дрейф входного напряжения смещения
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ [255~
Выбор"
канала
Рис. 6.48.2-канальный мультиплексор видеосигналов для работы на кабель
Примечание к рис. Расположение выводов микросхемы приведено для вида сверху. ИС выполнена
в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-корпус) или малогабаритном корпусе
(SO-корпус).
нуля составляет 1,5 мкВ/°С; максимальный ток потребления - 20 мкА; мини-
мальный ток нагрузки - 5 мА; максимальное значение входного напряжения
смещения - 70 мкВ; максимальный входной ток смещения - 3 нА; минимальное
усиление с разомкнутой обратной связью - 700 В/мВ. («Maxim New Releases
Data Book», 1993, p. 3-23.)
Рис. 6.49. Усилитель для работы на кабель с минимальными фазовыми искажениями
Примечание к рис. Компоненты схемы, отмеченные звездочкой, должны подбираться для ком-
пенсации паразитной входной емкости.
Рис. 6.50. Двухполупериодный выпрямитель на одном ОУ
Примечание к рис. ИС МАХ480 выполнена в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов
(ШР-корпус), вид сверху.
6.4.7. Однополупериодный выпрямитель
На рис. 6.51 показано расположение выводов и приведен пример включения ИС
МАХ402/03 в качестве однополупериодного выпрямителя. ИС МАХ402 имеет
максимальную скорость нарастания выходного напряжения 5 В/мкс, ширину по-
лосы пропускания 1,4 МГц и ток потребления 75 мкА. ИС МАХ403 имеет макси-
мальную скорость нарастания выходного напряжения 25 В/мкс, ширину полосы
пропускания 7 МГц, ток потребления 375 мкА. Оба ОУ имеют стабильные харак-
теристики при единичном усилении, могут питаться от напряжения в диапазоне
±3...±5 В либо от однополярного источника питания в диапазоне напряжений
+6...+10 В. На рис. 6.52 показана схема балансировки нуля. («Maxim New Releases
Data Book», 1992, p.p. 3-15, 3-21.)
Рис. 6.51. Однополупериодный выпрямитепь
Примечание к put. ИС выполнена в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-
корпус) или малогабаритном корпусе (SO-корпус).
6.4.8. Сверхбыстродействующий компаратор
с ЭСЛ выходом и управляемым режимом выборки-хранения
На рис. 6.53 приведена ИС МАХ9687, используемая в качестве быстродействую-
щего F00 МГц) выходного компаратора с режимом выборки-хранения. Входы
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ [2571
Рис. 6.52
Схема балансировки нуля
Примечание к рис. Для интегральной микросхемы МАХ402 со-
противление резистора R= 10 кОм, для МАХ403 -R-2 кОм.
разрешения выборки-хранения могут управляться от стандартной логической схе-
мы с эмиттерными связями. Если на входе LE присутствует сигнал высокого уров-
ня, а на инверсном входе LE - низкого уровня, то компаратор работает в обычном
режиме. Когда же на входе LE присутствует сигнал низкого уровня, а на LE -
высокого, выходы компаратора устанавливаются в логические состояния, опреде-
ляемые условиями на входе на момент переключения в режим хранения. Если
функция выборки-хранения не используется, вход LE следует заземлить, а вход
LE оставить неподключенным. Задержка прохождения сигнала переключения -
1,4 не; время запоминания - 0,5 не; длительность импульса разрешения выборки-
хранения - 2,0 не; напряжения источников питания - +5 В и -5,2 В. («Maxim New
Releases Data Book», 1993, p. 3-39.)
6.4.9. Компаратор с ЭСЛ выходом
Схема, представленная на рис. 6.54, по своим функциям аналогична приведенной
на рис. 6.53, но в ней отсутствует режим хранения. Задержка времени прохожде-
ния сигнала составляет 1,3 не. («Maxim New Releases Data Book», 1993, p. 3-41.)
Рис. 6.53. Сверхбыстродействующий компаратор с ЭСЛ выходом и управляемым режимом
выборки-хранения
Примечание к рис. Выходами ИС являются открытые эмиттеры, к которым должны подключать-
ся внешние токозадающие резисторы. Сопротивление резисторов варьируется от 50 до 200 Ом при
подключении к напряжению -2,0 В или от 240 Ом до 2 кОм при подключении к напряжению -5J2 В.
Расположение выводов интегральной микросхемы приведено для вида сверху.
9 Зак. 733
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис 6.54. Компаратор с ЭСЛ входом
Примечание к рис. Выходами ИС являются открытые эмиттеры, к которым должны под-
ключаться внешние токозадающие резисторы. Сопротивление резисторов варьируется от 50 до 200 Ом
при подключении к напряжению -2,0 В или от 240 Ом до 2 кОм при подключении к напряжению
-5,2 В.
6.4.10. Широкополосный быстродействующий ОУ с мультиплексным входом
На рис. 6.55 приведен пример использования ИС ВВ3554/МХ3554 совместно
с ИС МАХ310 для передачи восьми каналов видеосигнала по одному кабелю. Ско-
рость нарастания выходного сигнала ОУ составляет 1000 В/мкс; выходной ток ОУ
достигает значения 100 мА при напряжениях питания ±10 В. («Maxim New Re-
leases Data Book», 1993, p. 3-43.)
Рис 6.55. Широкополосный быстродействующий ОУ с мультиплексным входом
Примечание к рис. Нет никаких внутренних соединений с корпусом; расположение выводов микро-
схемы приведено для вида сверху.
6.4.11. Малошумящий быстродействующий измерительный усилитель
Схема, приведенная на рис. 6.56, аналогична представленной на рис. 6.45, за ис-
ключением характеристик ОУ. Для ИС LT1028 спектральная плотность шума на
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ [259"
частоте 1 кГц не превышает 1Д нВ/Гц1/2 (типичное значение 0,85 нВ/Гц1/2 ), ти-
пичное значение на частоте 10 Гц - 1,0 нВ/Гц1/2 и типичное значение размаха
напряжения шума в диапазоне частот от ОД Гц до 10 Гц не превышает 35 нВ.
Минимальное значение произведения полосы пропускания на усиление состав-
ляет 50 МГц; максимальная скорость нарастания выходного сигнала - не ме-
нее 10 В/мкс; максимальное напряжение смещения нуля - 40 мкВ; максимальный
дрейф напряжения смещения - 0,8 В/°С. Минимальное значение коэффициента
усиления по напряжению - 7 млн GxlO6). («Maxim New Releases Data Book»,
1993, p. 3-59.)
Рис. 6.56. Малошумящий быстродействующий измерительный усилитель на двух ОУ
Примечание к рис. Частота настройки максимума коэффициента ослабления синфазного сигнала -
100 Гц. Элементы схемы, помеченные одной и двумя звездочками, используются соответственно для
подстройки усиления и коэффициента ослабления синфазного сигнала. Расположение выводов мик-
росхемы приведено для вида сверху. ИС выполнена в плоском корпусе с двухрядным расположением
восьми выводов (DIP-корпус) или малогабаритном корпусе (SO-корпус).
6.4.12. Малошумящий микрофонный предусилитель
На рис. 6.57 представлена ИС ОР27, используемая в качестве малошумящего
микрофонного предусилителя. Входной уровень шума на частоте 1 кГц равен
3 нВДГцI/2. ИС ОР27 имеет произведение усиления на ширину полосы пропус-
кания 8 МГц и максимальную скорость нарастания выходного сигнала 2,8 В/мкс.
Для ИС ОР37 произведение усиления на ширину полосы пропускания составля-
ет 63 МГц, скорость нарастания выходного напряжения - 17 В/мкс. Входное на-
пряжение смещения нуля - 10 мкВ, а его дрейф - 0,2 мкВ/°С; размах выходного
сигнала равен ±10 В на нагрузке 600 Ом. («Maxim New Releases Data Book», 1993,
p. 3-67.)
6.4.13. Двухполупериодный выпрямитель на одном ОУ
На рис. 6.58 изображена схема включения интегральной микросхемы ОР90 в каче-
стве двухполупериодного выпрямителя. Она аналогична приведенной на рис. 6.50,
только для ОР90 максимальное значение входного напряжения смещения нуля со-
ставляет 150 мкВ, что превышает соответствующий параметр для интегральной
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис. 6.57. Малошумящий микрофонный лредусилитель
Примечание к рис. Расположение выводов микросхемы приведено для вида сверху. ИС выполнена
в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-корпус) или малогабаритном корпусе
(SO-корпус). На вход 2 подключен микрофон с низким импедансом, внутреннее сопротивление ис-
точника сигнала, подключенного ко входу 3, должно находиться в пределах 50-200 Ом; для сопро-
тивлений (R1 - R4) должно выполняться соотношение Ю / R1 - R4/ R2.
Рис. 6.58» Двухполулериодный выпрямитель на одном ОУ
Примечание к рис. Расположение выводов микросхемы приведено для вида сверху. ИС выполнена
в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP/CERDIP-корпус) или малогабарит-
ном корпусе (SO-корпус).
микросхемы МАХ480 G0 мкВ). Входной ток смещения, входной ток сдвига и пока-
затели дрейфа ИС ОР90 имеют более высокие значения по сравнению с характери-
стиками ИС МАХ480. («Maxim New Releases Data Book», 1993, p. 3-69.)
6.4.14. Выносной датчик измерителя рН со встроенным усилителем
На рис. 6.59 приведена схема совместного использования ИС МАХ406 и аналого-
цифрового преобразователя (АЦП) МАХ 131 в приборе для измерения уровня рН
(кислотности). Применение встроенного усилителя в датчике рН позволяет заме-
нить дорогостоящий коаксиальный кабель с малыми потерями (который часто
включают между выносным датчиком рН и измерительным блоком) обычным
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ [2бТ
Рис. 6.59. Выносной датчик измерителя рН со встроенным усилителем
Примечание к рис. Все элементы встроенного усилителя, включая литиевую батарейку напряже-
нием 3 В типа Duracell # DL1620, расположены в выносном корпусе вместе с датчиком рН фирмы
CORNING 476540.
экранированным проводом. ИС МАХ406 вместе с литиевой батарейкой размеще-
на в корпусе выносного датчика. Его усиленный сигнал передается в измеритель-
ный прибор, содержащий АЦП, с помощью обычного экранированного провода.
В большинстве случаев одной литиевой батарейки напряжением 3 В с избытком
хватает на весь срок службы прибора. На рис. 6.60 приведена схема настройки вход-
ного напряжения смещения нуля, на рис. 6.61 - схема частотной коррекции, а на
рис. 6.62 - расположение выводов ИС МАХ406. Следует отметить, что частот-
ная коррекция может понадобиться не во всех случаях применения данной схе-
мы. («Maxim New Releases Data Book», 1993, p.p. 3-5, 3-28, 3-29.)
Рис. 6.60. Схема
подстройки напряжения
смещения для МАХ406/409
Рис. 6.61. Схема частотной коррекции
Рис. 6.62. Расположение
выводов ИС МАХ406
Примечание к рис.
ИС выполнена в плоском
корпусе с двухрядным
расположением выводов
(Dip-корпус) или
малогабаритном корпусе
(SO-корпус).
[2621 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
6.4.15. 4-канальная схема выборки-хранения
На рис. 6.63 приведена схема, в которой две ИС МАХ407 совместно с ИС МАХ327
образуют четырехканальную схему выборки-хранения. Расположение выводов ИС
МАХ407 такое же, как на рис. 6.62. («Maxim New Releases Data Book», 1993, p. 3-30.)
Рис. 6.63. Четырехканольная схема выбарки-хранения
Примечание к рис. Типовое значение скорости спада напряжения при 25' С равно 50мкВ/с. Типовое
значение тока потребления при уровнях напряжения на логических входах от 0до+9 В составляет
6 мкА. Все конденсаторы емкостью 0,01 мкФ имеют полипропиленовый диэлектрик.
6.4.16. Усилитель выносного датчика напряжение-ток
с дистанционным питанием
На рис. 6.64 приведена схема простого двухпроводного подключения выносного
датчика, питание на который подается непосредственно по сигнальным проводам.
В датчике входное напряжение от нуля до 1 В управляет как ИС, так и n-p-п тран-
зистором, который включен по схеме управляемого напряжением источника тока
Выходной ток, изменяющийся от нуля до 2 мА, по линии передачи, состоящей из
витой пары проводов, поступает на приемный блок, в котором создает падение
напряжения на измерительном резисторе R2. Результирующее напряжение усили-
вается второй ИС МАХ406, на выходе которой вырабатывается сигнал относительно
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ
«земли», изменяющийся от нуля до 1 В. Значения сопротивлений R1 и R2 долж-
ны быть тщательно подобраны. Питающий ток ИС МАХ406 складывается с то-
ком сигнала, имеющим значение от нуля до 2 мА, создавая на выходе напряжение
смещения величиной 500 мкВ. Это напряжение смещения, добавленное к входно-
му напряжению смещения ИС МАХ406, меняется при изменении температуры.
(«Maxim New Releases Data Book», 1994, p. 3-29.)
Рис. 6.64. Усилитель выносного датчика с дистанционным питанием
6.4.17. Источник отрицательного опорного напряжения -2.5 В
На рис. 6.65 приведена схема источника прецизионного опорного напряжения
-2,5 В, собранного без использования внешних компонентов на базе ОУ МАХ406,
и интегрального источника напряжения с малым внутренним сопротивлением
МАХ872. В типичных ситуациях ИС МАХ872 требует использования двух внеш-
них резисторов. Максимальный ток потребления составляет 11 мкА. Источник
выдает напряжение, практически не зависящее от нагрузки, не требует никакой
коррекции в случае ее емкостного характера и не нуждается в каких-либо элемен-
тах для точной подстройки выходного напряжения. Напряжение питания поло-
жительной полярности может быть снижено до 1,1 В, а напряжения питания отри-
цательной полярности - до 2,7 В. («Maxim New Releases Data Book», 1994, p. 3-31.)
Рис.6.65
Источник отрицательного опорного напряжения -2,5 В
Примечание к рис. Общий максимальный ток по-
требления не превышает 11 мкА.
[264] ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
6.4.18. Повторитель напряжения для емкостной нагрузки до 100 пф
На рис. 6.66 показана принципиальная схема повторителя напряжения, работа-
ющего на емкостную нагрузку. На рис. 6.67 представлены осциллограммы вход-
ного и выходного сигналов. Расположение выводов микросхемы МАХ412 см. на
рис. 6.45. Данную схему лучше всего применять с емкостной нагрузкой до 100 пФ.
(«Maxim New Releases Data Book», 1994, p. 3-41.)
° """' Рис 6.66
Повторитель напряжения для емкостной нагрузки (до
ЮОпФ)
Рис. 6.67
Формы сигналов в схеме повторителя
напряжения
Примечание к рис. Напряжение питания со-
ставляет ±5 В; осциллограммы сняты при
температуре окружающей среды 25 'С.
6.4.19. Повторитель напряжения для емкостной нагрузки свыше 100 пф
На рис. 6.68 приведена принципиальная схема повторителя напряжения для емко-
стной нагрузки свыше 100 пФ. На рис. 6.69 показаны осциллограммы входного
и выходного сигналов (расположение выводов микросхемы МАХ412 см. на рис. 6.45).
Резистор R1 отделяет емкость нагрузки от выхода усилителя с целью предотвра-
щения самовозбуждения. («Maxim New Releases Data Book», 1994, p. 3-41.)
АЛАЖХАЛ
MAX410/MAX412/
MAX4U
Рис. 6.68. Повторитель напряжения для
емкостной нагрузки (свыше 100 пФ)
Примечание к рис. Напряжение питания
составляет ±5 В; осциллограммы сняты
при температуре окружающей среды 25 °С.
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ [2651
6.4.20. Повторитель напряжения повышенной точности
На рис. 6.70 приведена схема повторителя напряжения повышенной точности для ем-
костной нагрузки 0,01 мкФ; расположение выводов ИС МАХ412 показано на рис. 6.45.
Цепь обратной связи, в которую входит развязывающий резистор R1, повышает точ-
ность и расширяет диапазон емкости подключаемой нагрузки. При емкостной на-
грузке более 0,01 мкФ необходимо увеличить емкость CF. На рис. 6.71 представлена
схема подстройки смещения нуля, которую можно использовать в схемах, изобра-
женных на рис. 6.66, 6.68 и 6.70. («Maxim New Releases Data Book», 1994, p. 3-42.)
Рис. 6.70. Повторитель напряжения повышенной
точности
Рис. 6.71. Схема
регулировки смещения нуля
ИСМАХ410
6.4.21. Малошумящий прецизионный дифференциальный усилитель
с высоким коэффициентом усиления
На рис. 6.72 приведен вариант использования ИС МАХ427 в качестве дифферен-
циального усилителя. Спектральная плотность шума в широкой полосе частот состав-
ляет 2,5 нВ/Гц1/2, напряжение смещения нуля - менее 15 мкВ (типичное значение -
Рис. 6.72. Прецизионный малошумящий дифференциальный усилитель
Примечание к рис. Расположение выводов микросхемы (вид сверху). ИС выполнена в плоском ме-
таллическом корпусе с двухрядным расположением выводов (DlP-корпус) или малогабаритном кор-
пусе (SO-корпус).
[266] ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
5 мкВ), а дрейф нуля - менее 0,8 мкВ/вС (типичное значение - 0,1 мкВ/°С). Ко-
эффициент усиления по напряжению - 20 млн при нагрузке 2 кОм и выходном
напряжении ±12 В и 12 млн при нагрузке 600 Ом и выходном напряжении ±10 В.
И С МАХ427 стабильна при единичном усилении; произведение коэффициента
усиления на ширину полосы пропускания - 8 МГц, а скорость нарастания вы-
ходного напряжения - 2,5 В/мкс. ИС МАХ437 без частотной коррекции имеет
произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания 60 МГц,
скорость нарастания выходного сигнала 15 В/мкс и сохраняет стабильность
с подключенной цепью обратной связи при коэффициенте усиления не менее
5. Обе ИС могут питаться от источника двухполярного напряжения ±5 В. На
рис. 6.73 и 6.74 представлены схемы измерения напряжения и тока шума. На
рис. 6.75 и 6.76 показаны схемы подстройки напряжения смещения нуля ОУ, а на
рис. 6.77 - типичная зависимость дрейфа напряжения смещения нуля во време-
ни с момента включения усилителя. На рис. 6.78-6.81 приведены зависимости
спектральной плотности и напряжения шума от частоты. («Maxim New Releases
Data Boob, 1994, p. 3-45.)
Рис 6.73
Схема измерения напряжения шума
в полосе 0,1 -10 Гц
Примечание к рис. Все указанные зна-
чения емкости относятся только к He-
полярным конденсаторам. Входное со-
противление осциллографа RBX - 1 МОм,
усиление Х1.
Рис. 6.74. Схема измерения тока шума
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ [267]
Рис. 6.76. Вариант схемы подстройки
напряжения смещения
Рис 6.77. Временной дрейф напряжения смещения
нуля
Примечание к рис. Зависимость получена при
температуре окружающей среды +25 "С и напря-
жении питания ±15 В.
Рис. 6.78. Зависимость уровня шума от частоты
Примечание к рис. Длительность проведения
испытаний более 10 с накладывает определен-
ные ограничения на коэффициент усиления на
низких (менее 0,1 Гц) частотах.
Рис. 6.79. Зависимость уровня шума от
сопротивления входных резисторов
Примечание к рис. Результаты получены при
температуре окружающей среды +25 "С и на-
пряжении питания ±15 В и относятся только
к шуму резисторов.
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис. 6.80
Зависимость напряжения шума (размаха) от
сопротивления входных резисторов в полосе
0,1-ЮГц
Примечание к рис. Результаты получены при
напряжении питания ±15 В и относятся толь-
ко к шуму резисторов. Зависимость 1: величина
сопротивления Rs не согласована, то есть Rs =
RS1 ¦= 10 кОм, й52 - 0. Зависимость 2: величина
сопротивления Rs согласована, то есть Rs =
Rs (внутреннее сопротивление источника питания), Он Ю кОм, RS1 ¦= R^ - 5 кОм.
Рис. 6.81
Зовисимость уровня шума на частоте 10 Гц от
сопротивления входных резисторов
Примечание к рис. Результаты получены при
температуре окружающей среды +25 'С и на-
пряжении питания ±15 В и относятся толь-
ко к шуму резисторов. Зависимость 1: величи-
на сопротивления Rs не согласована, то есть
Rs - RS1 - 10 кОм, RS2 " 0. Зависимость 2:
величина сопротивления Rs согласована, то
ш есть Rs * 10 кОм, RS1 'R^'5 кОм.
6.4.22. Дифференциальные усилители с однополярным питанием
На рис. 6.82 представлена схема включения И С МАХ478 в качестве дифференци-
ального усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. На рис. 6.83 приведе-
на схема включения ИС МАХ479 в качестве дифференциального измерительного
усилителя. Обе схемы могут питаться от однополярного источника питания с на-
пряжением от 3 до 5 В. Максимальный ток потребления составляет 17 мкА на один
усилитель; максимальное значение напряжения смещения - 70 мкВ; максималь-
ное значение дрейфа входного напряжения смещения - 2,2 мкВ/°С (типичное
значение - 0,5 мкВ/°С); максимальное значение входного тока смещения - 250 пА.
(«Maxim New Releases Data Boob, 1994, p.p. 3-59, 3-69.)
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ [2691
Рис. 6.82, Дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, высоким входным
импедонсом и микролотреблением
Примечание к рис. Расположение выводов микросхем приведено для вида сверху. ИС выполнены
в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-корпус) или малогабаритном корпусе
(SO-корпус).
Выход Рис. 6.83
Дифференциальный измерительный усилитель
с малым потреблением
Примечание к рис. Для указанных на схеме
номиналов коэффициент усиления измери-
тельного усилителя равен 100.
6.4.23. Согласующее устройство для низковольтного АЦП
На рис. 6.84 представлен вариант использования ИС МАХ495/492/494 для согла-
сования входного сигнала с низковольтным АЦП МАХ187. ИС МАХ495 может
работать от однополярного (с напряжением от +2,7 до +6 В) и от двухполярного
(напряжение от ±1,35 до ±3 В) источника питания. Каждый ОУ потребляет менее
150 мкА, но может питать нагрузку с сопротивлением 1 кОм. Уровень шума со-
ставляет 25 нВ/Гц1/2; напряжение смещения - 120 мкВ; произведение ширины
полосы пропускания на коэффициент усиления - 500 кГц. Расположение выводов
микросхемы МАХ494 приведено на рис. 6.85. («Maxim New Releases Data Book»,
1995, p.p. 3-23, 3-37.)
ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис. 6.84. Согласующее устройство для низковольтного АЦП
Примечание к рис. ИС выполнены в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-
корпус) или малогабаритном корпусе (SO-корпус). ИС МАХ495 выпускается в корпусе fiMAX.
Рис 6.86
Источник питания с автоматическим выключением
через заданное время
Примечание к рис. Напряжение внешнего ис-
точника питания ИКП может варьироваться
от 4,5 до 6,0 В. Для включения схемы использу-
ется кнопка без фиксации.
Рис 6.85
Расположение выводов МАХ494
Примечание к рис. ИС с 14 выводами выполнена в плоском корпусе
» с двухрядным расположением выводов (DIP-корпус) или малогабарит-
ном корпусе (SO-корпус).
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ [ЙТ
6.4.24. Источник питания с автоматическим выключением
через заданное время
На рис. 6.86 показано использование интегрального компаратора М АХ931 в каче-
стве источника питания с током нагрузки до 40 мА и со схемой автоматического
сброса выходного напряжения через заданное время после включения. Выход ком-
паратора является выходом источника питания. При токе нагрузки 10 мА выход-
ное напряжение на 0,15 В ниже номинального (UBATT - 0,15 В), в режиме ожида-
ния (покоя) ток потребления схемы составляет всего 3,5 мкА. При указанных
номиналах резисторов делитель опорного напряжения задает гистерезис ±50 мВ
и напряжение 100 мВ на входе (IN-), при этом разность потенциалов, которую
должно пройти спадающее напряжение на входе (IN+) до момента срабатывания
компаратора, составляет примерно 50 мВ. Постоянная времени RC-цепи опреде-
ляет длительность подачи питающего напряжения на выход (вывод 8) от момен-
та включения схемы и перехода компаратора в рабочее состояние до момента
возврата компаратора в исходное нулевое состояние и выключения питания.
Приблизительная величина периода (в секундах) может быть определена по
формуле: R х С х 4,6. Например: 2 МОм х 10 мкФ х 4,6 - 92 с. («Maxim New
Releases Data Boob, 1995, p.p. 3-23, 3-57.)
6.4.25. Детектор с окном
На рис. 6.87 изображена двухкомпараторная ИС МАХ993 в схеме детектора с ок-
ном (двухпорогового дискриминатора). Для приведенных значений пороговых
напряжений E,5 В - верхний предел и 4,5 В - нижний) величины сопротивлений
резисторов Rt, Rj и R3 составляют 249,61,9 кОм и 1 МОм соответственно. Прове-
рить эти значения можно с помощью следующих соотношений (UBEpx - верх-
нее, а иниж - нижнее пороговое напряжение):
Рис 6.87
Детектор с окном
Примечание к рис. Верхнее пороговое напря-
жение иВ?рХ ~ 5,5 В, нижнее пороговое напря-
жение и1{ИЖ - 4,5 В.
[272] ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
R5
а напряжение гистерезиса Uh ¦= UREF x — .
К4
Опорное напряжение UREF = 1,182 В.
Иные пороговые значения могут быть заданы подбором номиналов сопротив-
лений Rj, R2 и R3 в соответствии с вышеприведенными соотношениями. («Maxim
New Releases Data Book», 1995, p. 3-57.)
6.4.26. Одношкальный индикатор на светодиодах
На рис. 6.88 показано применение ИС МАХ934 в схеме многопорогового детектора
для простого 4-уровневого одношкального индикатора на светоизлучающих диодах.
Максимальное значение порогового уровня входного напряжения в вольтах (все
светодиоды включены) задается соотношением: UBX = (Rj + R2) / Rj. Значения ос-
тальных пороговых уровней составляют соответственно 3/4, 1/2 и 1/4 от полной
шкалы. Резисторы, подключенные к выходам микросхемы, предназначены для ог-
раничения тока светодиодов. («Maxim New Releases Data Book», 1995, p. 3-58.)
25»
Рис 6.88
Одношкальный индикатор на светодиодах
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ
6.4.27. Простой линейный приемопередатчик
На рис. 6.89 приведена схема простого линейного приемопередатчика на базе интег-
рального компаратора МАХ941. Выходной сигнал схемы имеет строго прямоуголь-
ную форму, а его частота равна частоте входного сигнала. Амплитуда выходного
сигнала равна V+. Расположение выводов микросхемы представлено на рис. 6.90.
(«Maxim New Releases Data Book», 1995, p.p. 3-61, 3-69.)
Рис. 6.90. Расположение выводов МАХ941 /942/944
Примечание к рис. ИС выполнены в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-корпус)
или малогабаритном корпусе (SO-корпус). ИС МАХ941 выпускается также в корпусе цМАХ.
6.4.28. Пороговый детектор с цифровым управлением
На рис. 6.91 приведен вариант использования компаратора МАХ941 совместно
с ЦАП МАХ512 в схеме порогового детектора, управляемого цифровыми кодом.
Контролируемый аналоговый сигнал подается непосредственно на инвертирую-
щий вход ИС МАХ941. Значение порогового напряжения задается выходным сиг-
налом ЦАП, поступающим на неинвертирующий вход компаратора. Выходной
сигнал ЦАП определяется кодом, поступившим на его последовательный вход.
Текущее значение порога задается восемью битами, поступившими за последние
восемь тактов, то есть зависит от текущего состояния последовательного входа
ЦАП. («Maxim New Releases Data Book», 1995, p. 3-69.)
Рис. 6.89
Простой линейный приемопередатчик
[274] ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис. 6.91
Пороговый детектор с цифровым управле-
нием
7. СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
При изложении материала этой главы подразумевалось, что читатель знаком с ос-
новными понятиями и принципами действия источников питания и стабилизато-
ров, такими как выпрямительные диоды, импульсные источники и стабилизато-
ры, преобразователи, регуляторы и т.п., а также с основными приемами проверки
источников питания и методами поиска неисправностей. Для ознакомления с те-
мой можно рекомендовать следующие книги: J. Lenk «Simplified Design of Switching
Power Supplies» и «Simplified Design of Linear Power Supplies», опубликованные в из-
дательстве Butterworth-Heinemann.
7.1. Методы проверки источников питания и стабилизаторов
В данном разделе приводятся основные методы проверки, применяемые для всех
типов источников питания и стабилизаторов, как совсем простые, так и более слож-
ные. Если схема благополучно прошла все тесты, описанные в книге, значит, она
полностью пригодна для применения. Если результаты проверки не соответству-
ют стандартным требованиям, то они могут послужить основой для определения
причин неисправности.
7.1.1. Методика тестирования
Главная функция любого автономного источника питания - преобразование пе-
ременного тока в постоянный. В преобразователях постоянного тока он преобра-
зуется в аналогичный, но с другим напряжением (как правило, большим, но иног-
да и меньшим). Работоспособность источника питания проверяется измерением
выходного напряжения. Естественно, для более детальной проверки источника пи-
тания оно должно измеряться с нагрузкой, без нагрузки, а также с частичной на-
грузкой.
Если выходное напряжение источника питания при полной нагрузке соответ-
ствует указанному в паспорте, то его основная функция выполняется. Однако, как
показывает опыт, полезно дополнительно проверить коэффициент стабилизации
[276] СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
напряжения источника питания, внутреннее сопротивление и амплитуду пульса-
ций выходного напряжения.
Проверка выходного напряжения
На рис. 7.1 приведена принципиальная схема проверки источника питания. Схема
предусматривает проверку источника питания без нагрузки, с половинной нагруз-
кой и полной нагрузкой (в зависимости от положения переключателя S1). Когда
переключатель S1 находится в положении 1, нагрузка к выходу источника питания
не подключена. В положениях 2 и 3 подключается нагрузка, равная соответственно
половине и полному номинальному значению нагрузки источника питания.
Рис. 7.1. Базовая схема проверки источника питания
Для расчета величины сопротивления нагрузки R1 или R2, которая определя-
ется выходным напряжением Е и максимальным (либо половинным) значением
тока нагрузки I, необходимо воспользоваться законом Ома: R — Е / I. Например,
если источник питания рассчитан на выходное напряжение 5 В и ток 500 мА @,5 А),
то величина R2 = 5 / 0,5 = 10 Ом (полная номинальная нагрузка). Для нагрузки,
равной половине номинальной, R1 = 5 / 0,25 = 20 Ом.
Если необходимо проверить несколько источников питания, целесообразно иметь
переменную нагрузку, значение которой выбирается исходя из условий проверки
источника питания; величина сопротивления нагрузки заранее измеряется оммет-
ром. Резисторы не должны иметь индуктивной составляющей полного сопротив-
ления (нельзя использовать проволочные резисторы) и должны обладать доста-
точной мощностью рассеяния, чтобы не перегреваться. Так, если использовать
значения R1 и R2 из предыдущего примера, выделяющаяся на резисторе R1 мощ-
ность составит 5 х 0,5 = 2,5 Вт (то есть следует использовать резистор с мощностью
рассеяния не менее 5 Вт), а для R2 мощность рассеяния составит 5 х 0,25 - 1,25 Вт
(необходим резистор с мощностью рассеяния 2 Вт).
Для проведения проверки требуется:
1. Выполнить соединения в соответствии со схемой на рис. 7.1.
2. Установить необходимые значения сопротивлений R1 и R2.
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ И СТАБИЛИЗАТОРОВ ЩТ\
3. Включить источник питания. Установить правильную величину входного на-
пряжения, используя его промежуточное значение (если не оговорено обрат-
ное). Например, входное напряжение для обычного импульсного стабилизато-
ра питания составляет 4-20 В. Для проверки нагрузочных характеристик
и линейности стабилизации следует использовать входные напряжения
5,8-15 В. При проверке преобразователей постоянного тока требуется авто-
номный регулируемый источник входного напряжения. (Пример такого источ-
ника приведен на рис. 7.2.) Для источников питания, выполненных в виде авто-
номных блоков, необходимое значение входного напряжения можно установить
с помощью регулируемого автотрансформатора. При выполнении ряда тестов
в качестве источника можно использовать девятивольтовую батарею для зада-
ния напряжения примерно в середине нужного диапазона.
4. Измерить выходное напряжение при каждом положении переключателя S1.
5. Затем, используя закон Ома, нужно рассчитать токи для положений 2 и 3 пе-
реключателя S1. Например, если R1 = 20 Ом, а вольтметр зафиксировал вы-
ходное напряжение 4,8 В в положении 2 переключателя S1, ток нагрузки со-
ставит 4,8 / 20 = 0,24 А, или 240 мА. Если выходное напряжение источника
питания равно 5 В в положении 1 и снижается до 4,8 В в положении 2 пере-
ключателя, значит, источник питания не поддерживает номинального напря-
жения при полной нагрузке. Снижение выходного напряжения под нагрузкой
означает либо неудачное проектирование разводки (для экспериментальных
источников питания), либо неисправность отдельных элементов (рассмотре-
но в разделе поиска неисправностей).
Изменение выходной нагрузки
Изменение напряжения или тока стабилизированного источника питания при из-
менении нагрузки (иногда называемое эффектом влияния нагрузки или выходной
нестабильности) обычно выражается в процентах и определяется так:
Процент нестабильности =
_ (напряжение без нагрузки) - (напряжение со 100% нагрузкой)
~~ (напряжение со 100% нагрузкой)
Желательно низкое значение выходной нестабильности (процента нестабиль-
ности), так как в рассматриваемом случае эта вели чина указывает на малое изме-
нение выходного напряжения при изменении нагрузки. Измерять выходную не-
стабильность нужно в следующем порядке:
1. Собрать схему в соответствии с рис. 7.1.
2. Установить сопротивление R2 равным полной A00%) нагрузке.
3. Включить питание. Измерить выходное напряжение в положении 1 (без на-
грузки) и положении 3 (полная нагрузка).
4. Используя вышеприведенное соотношение, рассчитать выходную нестабильность.
Например, если без нагрузки выходное напряжение равно 5 В, а при полной на-
грузке - 4,999 В, то выходная нестабильность определяется следующим образом:
E~^9)х100 = 0,2%.
СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Следует отметить, что значения выходной нестабильности, как правило, не очень
хороши (то есть имеют высокое процентное значение), когда велико собственное
внутреннее сопротивление источника питания.
Рис. 7.2. Регулируемый автономный источник питания
Примечание к рис. Выходное напряжение регулируется от 3,5 до 20 В, выходной ток меняется от
нуля до 90 мА. Выходная нестабильность равна 02% (по нагрузке и по питанию от сети). Уровень
пульсаций при полной нагрузке не превышает 0,5 мВ. Т1 - трансформатор STANCOR-TP3.
Нестабильность выходного напряжения, вызываемая нестабильностью
сетевого питания
Нестабильность выходного напряжения из-за изменения напряжения сетевого
питания (также известного в качестве эффекта сети, входной нестабильности,
эффекта источника) обычно выражается в процентах изменения выходного на-
пряжения и представляет максимально допустимое выходное напряжение (на
данную нагрузку) при максимальном изменении входного напряжения. Напри-
мер, источник питания спроектирован для работы от сети переменного тока
с напряжением 110-120 В, при этом выходное постоянное напряжение должно
быть равно 100 В. При первом измерении выходное напряжение на входе источ-
ника было равно 120 В, а при втором - 110 В. Если при двух измерениях нет
никакой разницы в выходном напряжении, то его стабильность по входному на-
пряжению идеальна (и, скорее всего, нереальна). Если же выходное напряжение
изменилось на 1 В, то по отношению к 100 В изменение составило 1%. Дей-
ствительное значение нестабильности по входному напряжению источника пи-
тания должно определяться при полной, половинной или иной, требуемой тех-
ническими условиями, величине нагрузки. Разумеется, входное напряжение
нужно изменять стабилизатором или отдельным источником постоянного тока
от минимального до максимально возможного и измерять прибором с высоким
классом точности.
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ И СТАБИЛИЗАТОРОВ [2791
Внутреннее сопротивление источника питания
Внутреннее сопротивление источника питания определяется следующим соотно-
шением:
Внутреннее сопротивление -
(напряжение без нагрузки) - (напряжение под 100% нагрузкой)
(ток)
Предпочтительно минимальное значение внутреннего сопротивления, так как
оно указывает на минимальное изменение выходного напряжения при изменении
нагрузки. Выполнение измерений производится в следующем порядке:
1. Собрать схему в соответствии с рис. 7.1.
2. Установить необходимое по условиям проверки значение сопротивления R2.
3. Включить напряжение питания. Измерить значение выходного напряжения
в положениях 1 (без нагрузки) и 3 (полная нагрузка) переключателя S1.
4. Рассчитать действительное значение тока в положении 3. Например, если сопро-
тивление R2 составляет 10 Ом, а выходное напряжение в положении 3 пере-
ключателя S1 - 4,999 В (как и в предыдущем примере), то значение тока равно:
^jp - 0,499А -= 499 мА.
Используя полученные значения выходного напряжения без нагрузки и с полной
нагрузкой и значение тока нагрузки, можно определить внутреннее сопротивление
источника Так, если выходное напряжение без нагрузки равно 5 В, напряжение
с полной нагрузкой - 4,999 В и ток - 0,499 А, то внутреннее сопротивление составит.
^"У - 0,0020м.
кпд
Коэффициент полезного действия обычно определяется в процентах и представ-
ляет собой отношение выходной мощности источника питания к входной (умно-
женное на 100 для выражения результата в процентах). Хотя расчеты очень просты,
есть некоторые сложности в определении входного тока и измерении входного на-
пряжения. При отсутствии амперметра для измерения входного тока необходимо
использовать резистор, подключенный последовательно к входу источника пита-
ния. Затем следует измерить падение напряжения на этом резисторе (в вольтах)
и рассчитать ток по закону Ома (I ¦= Е / R). При использовании резистора сопротив-
лением 1 Ом величина тока будет выражена в амперах, а сопротивлением 1000 Ом -
в миллиамперах. Хотя в установившемся режиме входной ток большинства им-
пульсных стабилизаторов на интегральных микросхемах невелик, начальный бро-
сок тока при включении может оказаться достаточно большим.
Если предположить, что выходное напряжение с полной нагрузкой равно
4,999 В при токе нагрузки 15 мА, а входное напряжение - 4,5 В с входным током
20 мА, то входная потребляемая мощность составит 90 мВт D,5 X 0,02), а выходная
[280l СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
мощность - 75 мВт. Таким образом, КПД составит 83% G5 / 90). Такое значение ти-
пично для большинства схем импульсных стабилизаторов с батарейным питанием.
Пульсации выходного напряжения
В любых источниках питания независимо от качества стабилизации или фильт-
рации всегда присутствуют пульсации. Импульсные источники с батарейным
питанием также имеют небольшую переменную составляющую выходного на-
пряжения. Пульсации (независимо от их происхождения) можно измерить ос-
циллографом или измерительным прибором. Обычно коэффициент, отражаю-
щий величину пульсации, вычисляется как отношение между величинами пульсации
и полного выходного напряжения. Например, если пульсации составляют 0,03 В,
а выходного напряжения - 5 В, то это отношение будет равно 0,03 / 5 - 0,006
(или 0,006 х 100 = 0,6%).
Методика выполнения измерений следующая:
1. Собрать схему в соответствии с рис. 7.1.
2. Установить необходимое по условиям проверки значение сопротивления
R2. Измерение пульсаций обычно производится при полной A00%) на-
грузке.
3. Подать напряжение. Измерить значение выходного постоянного напряжения
в положении 3 (полная нагрузка) переключателя S1.
4. Установить переключатель измерительного прибора в положение измерения
переменного тока. Любые показания прибора в этих условиях характеризуют
напряжение пульсаций.
5. Найти значение коэффициента пульсаций (в процентах). Оно равно отноше-
нию двух напряжений (неременного напряжения пульсаций и постоянного
выходного).
6. Существенной проблемой при оценке величины пульсации с помощью изме-
рительного прибора может оказаться отличие формы пульсирующего сигна-
ла от синусоидальной, так как большинство приборов отградуировано на из-
мерение именно синусоидального сигнала. Поэтому более надежный способ
измерения пульсаций - применение осциллографа (см. рис. 7.3), посредством
Которого можно определить амплитуду пиков.
7. Необходимо настроить развертку осциллографа для получения на экране од-
ного или двух периодов напряжения пульсации. Следует помнить, что при
двухполупериодном выпрямлении образуется два «горба» за период, а одно-
полупериодное выпрямление дает один «горб».
Исследование формы пульсирующего сигнала в описанных ниже случаях по-
могает определить источник пульсаций в схеме источника питания:
о при несбалансированности нагрузки плеч выпрямителя (через один выпрями-
тельный диод протекает больший ток, чем через другой) пульсации не равны
по амплитуде;
о если в источнике большой уровень шума или флуктуации (особенно при ис-
пользовании стабилитронов), пульсации непостоянны по амплитуде и форме;
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ И СТАБИЛИЗАТОРОВ ЩТ]
О если изменяется частота пульсаций, то частота источника переменного тока
непостоянна (в импульсных источниках питания частота переключения варь-
ируется);
о если на выходе двухполупериодного выпрямителя наблюдается однополупери-
одное выпрямление, то один из выпрямительных диодов не проводит ток.
Рис. 7.3. Схема соединений для проверки параметров источников питания
7.1.2. Детальная проверка
Основных методов проверки, описанных выше, вполне достаточно для большин-
ства случаев, встречающихся в любительской практике, хотя для проверки обору-
дования промышленного и исследовательского предназначения существует мно-
жество других способов.
На рис. 7.3 приведена схема соединений для проверки пяти наиболее важных па-
раметров (рабочих характеристик) источника питания: влияния внешнего питания,
нагрузки; гармонических и случайных искажений (ГИСИ), дрейфа и температурных
коэффициентов. Помимо перечисленных существует ряд дополнительных измере-
ний, в частности шумы и время переходных характеристик. Однако для этих це-
лей необходимо сложное оснащение, особенно при проверках экспериментально-
го или промышленного оборудования. Для более детального изучения методов
проверки и измерений характеристик источников питания можно рекомендовать
книгу J. Lenk, «Complete Guide to Electronic Power Supplies», 1990, Prentice-Hall.
Оборудование для выполнения измерений
Для выполнения тестовых измерений, описанных в этом разделе, понадобятся четы-
ре прибора: регулируемый автотрансформатор, дифференциальный или цифровой
вольтметр переменного тока, обычный вольтметр переменного тока и осциллограф.
B821 СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Естественно, для проверки источников, работающих от батареи, нужен регулиру-
емый источник постоянного тока (см. рис. 7.2).
Использование отдельного источника питания, возможно, приведет к опреде-
ленным проблемам. Наличие в нем пульсаций или флуктуации напряжения мо-
жет повлиять на проверяемый источник питания и исказить результаты проверки.
Эта ситуация легко исправляется заменой внешнего источника питания батареей
с тем же напряжением. Если пульсации или другие флуктуации сохраняются, то
неисправен проверяемый источник питания.
Необходимо убедиться, что автотрансформатор или регулируемый источник
постоянного напряжения (для проверяемых источников с батарейным питанием)
рассчитан на достаточную нагрузку по току. В противном случае напряжение, по-
ступающее от него на вход проверяемого источника, может иметь значительные
искажения, вследствие чего условия (и результаты) работы цепей выпрямления
или стабилизации будут сильно отличаться от номинальных.
Точность измерения вольтметра постоянного тока должна быть до 1 мВ или
выше, чувствительность осциллографа - не менее 100 мкВ/см, а ширина полосы
пропускания - не менее 10 МГц. Желательно, чтобы и осциллограф, и вольтметр
имели приспособление для измерения тока (типа токового шунта, предпочтитель-
но с зажимами), поскольку в импульсных источниках форма тока на экране ос-
циллографа часто помогает определить причину неисправности (как будет пока-
зано ниже). В цепях импульсных источников также могут оказаться полезными
неэлектронные типы комбинированных приборов (ампервольтомметров), напри-
мер классические Simpson 260 или Tripplet 630, поскольку цифровые и другие
электронные устройства зачастую подвержены влиянию импульсных сигналов, ге-
нерируемых в проверяемых схемах.
Правильность подключения
Для получения правильных результатов все соединения должны быть постоянны-
ми и надежными (не рекомендуется использовать зажимы типа «крокодил» и т.п.),
причем их следует выполнять к определенным местам источника. Использование
проводов с зажимами на концах, как правило, приводит к ошибкам в измерениях.
В этом случае к результатам измерений добавляется переходное сопротивление
в точке контакта зажима. Применение зажимов даже для подключения нагрузки
может вызвать погрешности измерений.
Подключение отдельными проводами
Каждый измерительный прибор должен подключаться к точкам измерения от-
дельной парой проводов (см. рис. 7.3). Такое подключение позволяет избежать
воздействия едва уловимых эффектов взаимного влияния, которые могут про-
явиться между измерительными приборами (если только все их провода с нуле-
вым потенциалом не подключены к выводу с низким импедансом на источнике
питания). Для исключения влияния наводок необходимо использовать витую пару
проводов или экранированный кабель.
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ И СТАБИЛИЗАТОРОВ [283]
Сопротивление нагрузки
Сопротивление нагрузки должно соответствовать возможностям источника и ус-
ловиям проверки. Правильно подобранное сопротивление нагрузки обеспечивает
проверку работы источника при максимально допустимых значениях выходного
напряжения и тока нагрузки.
Помехи и наводки, влияние паразитных связей с «землей»
Необходимо тщательно проверять подключение всех соединений, чтобы избежать
возможного влияния наводок и/или проблем из-за паразитных связей с «землей»
(заземления в нескольких точках, особенно неверно выбранных). Простейший
способ проверки - отключить источник и с помощью осциллографа убедиться
в наличии или отсутствии нежелательных сигналов (особенно в диапазоне частот
сетевого питания 50/60 Гц). При этом провода осциллографа должны быть под-
ключены к выходным контактам источника Затем следует подключить оба про-
вода осциллографа к тому выводу (+ или -), который соединен с «землей», либо
к общей точке. Если при этих измерениях с отключенным источником наблюда-
ются шумы, то, скорее всего, причина заключается в перекрестных помехах или
эффекте влияния паразитной связи с «землей».
Подключение вольтметра переменного тока
Вольтметр переменного тока должен быть подключен как можно ближе к входным
клеммам источника питания. В этом случае измеряемая величина представляет
собой напряжение непосредственно на входе проверяемого источника без возмож-
ных погрешностей из-за падения напряжения в проводах, которыми источник
питания подключается к сети. То же самое относится и к измерениям, выполняе-
мым на входе батарейного источника. То есть необходимо проводить измерения
постоянного входного напряжения на входных зажимах проверяемого источника,
а не на выходных клеммах регулируемого стабилизатора или батарей.
Сетевые стабилизаторы
При проверке источников питания или при их эксплуатации нельзя использовать
сетевые стабилизаторы, если только этот момент специально не оговорен для дан-
ного типа источника питания. Данное предостережение особенно важно при рабо-
те с импульсными источниками питания и стабилизаторами постоянного напря-
жения. Сетевой стабилизатор может внести существенные искажения в форму
выходного сигнала импульсного источника и тем самым - постоянную погреш-
ность в выходное напряжение.
7.1.3. Влияние источника питания
Этот способ заключается в том, что измерения выходного напряжения проводят-
ся при изменении входного в оговоренном диапазоне от нижнего предела до верх-
него. Проверка выполняется при неизменных значениях остальных параметров.
Они должны соответствовать техническим характеристикам для любого диапазо-
на изменений выходного напряжения, указанного в паспорте, при заданных для
Г2841 СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
проверки значениях выходного тока. Предельные значения параметров при так;
проверках - это, как правило, максимальное выходное напряжение и максима,
ный ток нагрузки.
7.1.4. Влияние нагрузки
Эти измерения выполняются при замыкании и размыкании переключателя S
(рис. 7.3) с регистрацией изменений выходного напряжения. Проверка производит-
ся при неизменных значениях остальных параметров, которые должны соответство-
вать техническим характеристикам для любого нормированного выходного напря-
жения при заданных значениях входного. Предельные значения параметров пр
таких проверках - это, как правило, максимальное выходное напряжение и мак-
симальный ток нагрузки.
7.1.5. Шумы и пульсации
Во многих случаях термин «периодические и случайные отклонения» замени
термин «шумы и пульсации». Данный параметр представляет собой отклонени
выходного напряжения постоянного тока от среднего значения (в пределах опреде-
ленной полосы пропускания частот) при неизменности всех остальных параметров.
Например, для лабораторных источников питания фирмы Hewlett Packard этот
параметр измеряется в значениях среднего квадратического или двойного ампли-
тудного (от пика до пика) напряжения при ширине полосы пропускания от 2 Г
до 2 МГц. Флуктуации в диапазоне частот ниже 20 Гц рассматриваются как дрей^
Измерения «от пика до пика» имеют особую практическую ценность в тех случа-
ях, когда шумовые выбросы могут нанести особый вред (например, в цифровых
логических схемах). Измерение среднего квадратического значения неэффектив-
но в случае шумов, так как выходные шумовые выбросы могут проявляться в крат-
ковременных пульсациях; при этом величина среднего квадратического значения
увеличивается незначительно. Во время проверок периодических и случайных
отклонений или уровня шума и пульсаций всегда используйте витую пару прово-
дов (для однолучевого осциллографа) либо двухпроводной экранированный ка-
бель (для дифференциального осциллографа).
7.1.6. Дрейф
При измерении дрейфа наблюдают за величиной выходного напряжения источ-
ника питания с помощью дифференциального или цифрового вольтметра на про-
тяжении фиксированного длительного промежутка времени (как правило, восемь
часов после 30-минутного предварительного прогрева). В ряде случаев использу-
ются регистрирующие самопишущие приборы с непрерывной записью измерений.
При проведении испытаний рядом с источником питания необходимо поместить
термометр для подтверждения неизменности температуры окружающей среды.
Испытываемый прибор должен находиться в защищенном от конвекционных по-
токов воздуха месте (вдали от открытых дверей, окон или вентиляционных отвер-
стий системы кондиционирования воздуха). По возможности его лучше поместить
в термостат и поддерживать заданную температуру. Следует помнить, что у стаби-
лизированного источника питания с хорошими характеристиками наибольший
дрейф выходного напряжения проявляется в течение первых 30 минут прогрева.
ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ [285]
7.1.7. Температурный коэффициент
Температурный коэффициент измеряют, помещая испытываемый источник пита-
ния в термостат и изменяя температуру в заданных пределах (с предварительным
прогревом на каждой фиксированной точке в течение 30 мин). Если нет других
указаний, то температурный коэффициент определяется как величина изменения
выходного напряжения источника питания при изменении температуры на 5 °С.
Измерительный прибор следует размещать вне термостата, и он должен иметь
высокие характеристики как по термостабильности, так и по стабильности в не-
прерывном режиме работы, гарантирующие, что дрейф показаний вольтметра не
повлияет на точность проводимых измерений.
7.2. Поиск неисправностей в импульсных источниках питания
Как показывает опыт, основные проблемы в источниках питания связаны с ошиб-
ками при выполнении монтажных соединений, неисправными или неточно подо-
бранными элементами схемы и, возможно, с ошибками при проверке. Все указан-
ные неисправности можно определить посредством основных методов проверки
напряжений, сопротивлений и последовательного контроля правильности выпол-
нения соединений. Однако источники питания с импульсным управлением и им-
пульсные стабилизаторы напряжения имеют ряд особенностей - чаще всего про-
блемы возникают при первоначальной проверке экспериментальной схемы. Далее
рассматриваются наиболее общие проблемы поиска неисправностей для этого типа
источников питания и стабилизаторов.
7.2.1. Паразитная связь с «землей»
На рис. 7.4 показаны типичные условия образования контура паразитной связи
с «землей». Генератор подает сигнал напряжением 5 В на нагрузку сопротивлени-
ем 50 Ом в экспериментальную схему, что приводит к протеканию тока величиной
100 мА. Обратный путь для этого тока делится между проводом «земли» генера-
тора (обычно это экран на кабеле с байонетным разъемом) и вторичным заземля-
ющим контуром, который образован заземляющим проводом измерительного
кабеля осциллографа (экранирующей оболочкой) и заземляющими проводами
трехконтактных сетевых разъемов генератора и осциллографа.
Если принять, что через паразитный заземляющий контур протекает ток 20 мА,
а сопротивление заземляющего провода осциллографа составляет порядка 0,2 Ом,
то на экране осциллографа будет регистрироваться паразитный сигнал напря-
жением 4 мВ. Проблема гораздо серьезнее при больших значениях тока, а также
в случае прохождения ВЧ сигналов, когда увеличится значение индуктивной со-
ставляющей сопротивления заземляющего экрана кабеля осциллографа. Наибо-
лее простое решение проблемы - использовать развязывающий трансформатор
для осциллографа. С этой целью необходимо прикоснуться измерительным выво-
дом кабеля осциллографа к заземляющему зажиму осциллографа, подключенно-
му к проводу «земли» экспериментальной схемы. На экране осциллографа долж-
на появиться ровная линия. Любой сигнал, регистрируемый в этой ситуации на
экране, - следствие прохождения ложного сигнала по паразитному заземляюще-
му контуру либо взаимных перекрестных наводок.
СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Рис. 7.4. Влияние паразитного заземляющего контура
Примечание к рис. Экранирующая оболочка измерительного кабеля осциллографа образует пара-
зитную цепь для прохождения возвратного тока генератора.
7.2.2. Компенсация измерительного кабеля осциллографа
При проверке схем импульсных источников питания необходимо всегда выяснять
правильность компенсации измерительного кабеля осциллографа. Эта проблема
особенно актуальна при использовании делителей переменного тока (например,
кабеля 10Х), когда нужно очень точно подобрать ослабление по постоянному току.
Если этого не сделать, НЧ сигнал исказится, а ВЧ сигнал будет иметь неверную
амплитуду. Следует помнить, что на обычных частотах переключения импульсных
источников питания форма сигнала может быть нормальной, так как у измери-
тельного кабеля на этих частотах емкостный характер сопротивления, в силу чего
сразу, возможно, и не удастся зафиксировать неверное значение амплитуды.
7.2.3. Наводки в заземляющем проводе с зажимом
Не рекомендуется проводить любые измерения в схеме импульсного стабилизато-
ра с заземлением стандартными проводами с зажимами типа «крокодил». Такой
зажим необходимо заменить специальным припаянным наконечником. Стандар-
тный заземляющий провод с зажимом может действовать как антенна, которая
улавливает электромагнитные и прочие излучаемые сигналы. Если есть подозрения
о наличии паразитных перекрестных наводок из-за кабеля осциллографа, следует
повторить тест, описанный для паразитного контура заземления.
7.2.4. Измерения на элементах
Все измерения (выходного напряжения, пульсаций и т.д.) следует производить
на элементах схемы, а не на проводах, которые к ним подключены. Это предуп-
реждение очень важно, так как провода имеют определенные и порой ощутимые
ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ [гЙП
размеры. Например, импульсный стабилизатор постоянного напряжения (один из
тех, что описаны в этой главе) вырабатывает сигнал или импульсы прямоуголь-
эй формы. В свою очередь, эти импульсы подаются на выходной конденсатор
в большинстве случаев). Типичный стабилизатор может генерировать выбросы
вал ряжения в проводниках подключения конденсатора величиной около 2 В на
дин дюйм B5,4 мм). Чем дальше от конденсатора производятся измерения, тем
-ыше значение напряжения выбросов.
7.2.5. Электромагнитные помехи
Электромагнитные помехи - неотъемлемая часть функционирования импульс-
ных стабилизаторов. Помехи проявляются в двух формах: наведенной (связан-
ной с прохождением тока в подводящих и отводящих проводниках) и излученной
(генерирующей электрические и магнитные поля). Хотя поля обычно не влияют
на сам стабилизатор, но могут оказывать негативное воздействие на окружающие
электрические схемы. Основные принципы, которыми следует руководствоваться
для сведения электромагнитных помех к минимуму, следующие:
1. Не прокладывать проводники заземления с большими возвратными токами
рядом с выводами обратной связи. На рис. 7.5 приведены примеры правиль-
ного и неверного монтажа заземляющего проводника и провода обратной свя-
зи для схем с импульсными стабилизаторами. Даже при максимальной простоте
использования маломощных интегральных схем импульсных стабилизаторов
следует уделить внимание как монтажной схеме, так и трассировке провод-
ников при макетировании печатной схемы. Это требование очень важно
при уровнях мощности более 1 Вт или использовании быстродействующих
(с повышенной частотой работы) широтно-импульсных модуляторов (ШИМ).
Нужно особо трассировать сильноточные проводники и минимизировать их
Рис 7.5. Примеры неверного и правильного выполнения заземления и прокладки возвратных проводов
для схем импульсных стабилизаторов
1288 I СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
длину - это относится прежде всего к проводникам заземления. Следует ис-
пользовать заземление, выполняемое в виде звезды, когда все проводники
заземления сходятся в одной точке. Любой конденсатор входного фильтра
должен располагаться на монтажной схеме как можно ближе к ИС. Необхо-
димо свести к минимуму любую паразитную емкость на выводах обратной
связи ИС. Все компенсационные и развязывающие конденсаторы нужно под-
ключать к хорошо фильтруемой точке схемы (такой, например, как аналого-
вый заземляющий вывод).
2. Использовать дроссели или трансформаторы только с низким уровнем элек-
тромагнитных помех, например на тороидальных или броневых сердечниках
Не рекомендуется применять дроссели со стержневыми сердечниками, а при
необходимости использования их следует располагать в выходном фильтре,
где токи пульсаций невелики. Значения индуктивностей дросселей должны
точно соответствовать тем, что приведены на схеме. На рис. 7.6 представлены
типичные осциллограммы формы сигнала, полученные при применении
«плохого» и «хорошего» дросселей. Как правило, основные проблемы, воз-
никающие из-за дросселей (за исключением установки дросселя с непод-
ходящим значением индуктивности), могут быть связаны с применением
дросселя с неверным значением насыщения (пиковый ток) либо с чрезмер-
ным сопротивлением по постоянному току. При насыщении устройства ток на-
растает экспоненциально. При избыточной величине сопротивления наблюда-
ется отчетливая LR-характеристика. Если форма сигнала имеет небольшие, но
нехарактерные дугообразные искажения, то, скорее всего, налицо проявления
обоих дефектов дросселя.
3. Прокладывать все проводники с токами, имеющими высокий уровень пуль-
саций, над экранирующей плоскостью с целью минимизации наведенных по-
лей. Это относится к проводам, подсоединяющим в схеме ограничительные
диоды, входные и выходные конденсаторы, демпфирующие элементы и дроссе-
ли, к проводам, подключаемым к входным и импульсным выводам интеграль-
ных микросхем, и проводам питания. Все они должны иметь минимальную
длину, а сами элементы - располагаться как можно ближе к экранирующей
плоскости.
4. Разносить на максимальное расстояние чувствительные проводники с ма-
лым уровнем сигнала и использовать приемы взаимной компенсации элек-
тромагнитных полей, например дифференциальные линии на основе про-
водов с витой парой.
5. При необходимости добавить на ограничительный диод ферритовое коль-
цо, снижающее выбросы, чтобы подавить высшие гармоники, которые мо-
гут образовывать значительные переходные напряжения в момент выклю-
чения. Нужно тщательно исследовать форму каждого коммутируемого
сигнала.
6. Если помехи от входных линий создают определенные проблемы, то нужно
установить входной фильтр. Достаточно дросселя с индуктивностью в не-
сколько микрогенри, чтобы стандартный входной конденсатор поглотил по-
чти все токовые пульсации, возникающие на входе стабилизатора.
ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ
Рис 7.6
Характерная форма тока, определяемая хорошим или
плохим качеством дросселя
Примечание к рис.: а) нормальный режим работы, ли-
нейный характер процесса заряда и разряда; 6) резким на-
сыщения - нелинейный рост тока дросселя в области пика;
в) повышенное сопротивление:
1. Высокое сопротивление обмотки.
2. Высокое сопротивление транзистора во включенном
состоянии.
3. Высокое сопротивление источника питания.
7.2.6. Советы и предостережения
1. Если схема не работает совсем, необходимо проверить:
- правильность подключения обмоток трансформатора (прежде всего обо-
значение обмоток или их цветовую маркировку);
- соответствие полярности подключения электролитических конденсато-
ров (как правило, этот дефект проявляется сразу после включения пита-
ния, и в худшем случае конденсатор «выстреливает»);
- правильность подключения выводов ИС (не перепутана ли цоколевка; не-
обходимо свериться с техническим описанием и следовать принципиаль-
ной или монтажной схеме).
2. Если схема работает (нет дыма, огня или взрывов), но выходные параметры
не соответствуют ожидаемым (малый КПД, низкое выходное напряжение
или ток, параметры стабилизированного напряжения на нагрузке или в схе-
ме не укладываются в заданные пределы и т.п.), то для определения неисправ-
ности необходимо прежде всего исследовать форму тока дросселя на экране ос-
циллографа. Наиболее распространенное средство для этого - токовый шунт
с зажимами. На рис. 7.6 приведены характерные формы тока через дроссель.
В идеальном случае линии заряда и разряда на осциллограмме представляют
собой отрезки прямой (см. рис. 7.6а). Если наблюдаемая осциллограмма со-
ответствует приведенной, но схема не работает должным образом, необхо-
димо проверить дроссель, частоту следования импульсов, величину емкос-
ти выходного конденсатора и характеристики диода (именно в указанном
10 Зак. 733
[290] СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
порядке). Например, если индуктивность дросселя уменьшилась в результа-
те насыщения, выходной сигнал возрастет, но форма тока дросселя будет от-
клоняться от линейной в области пиков, как показано на рис. 7.66. А если вели-
чина сопротивления обмотки дросселя больше нормы, форма сигнала будет
отличаться от линейной - см. рис. 7.6в.
3. Если вы сомневаетесь в работоспособности дросселя, следует проверить его
по стандартной испытательной схеме, показанной на рис. 7.7. Нужно срав-
нить полученную форму сигнала со стандартными тестами, приведенными на
рис. 7.8-7.11. На каждой осциллограмме линия А отображает напряжение на
выводе Vsw интегральной микросхемы LT1070, а линия В соответствует току
снимаемому с того же вывода при помощи токового шунта. При низком напря-
жении на выводе Vsw ток протекает через дроссель. При большом значении
индуктивности (см. рис. 7.8) наблюдается медленный рост тока без насыще-
ния. При уменьшении индуктивности рост тока происходит быстрее (рис. 7.9
и 7.10), но насыщения пока нет. Однако наибольшая индуктивность (рис. 7.11),
но намотанная на сердечник с малым значением межвитковой емкости про-
изводит сильное насыщение, что делает дроссель непригодным для приме-
нения в схемах импульсных стабилизаторов. Использование приведенной
выше схемы и описанной методики позволяет значительно упростить про-
цедуру подбора дросселя с наиболее подходящими характеристиками (как
по цене, так и по размерам). На рис. 7.12 приведен стандартный набор,
Рис. 7.8. Осциллограмма формы напряжения
и тока для дросселя с индуктивностью 450 нГн
и сердечником с высокой межвитковой емкостью
5 мк/дел.
Рис. 7.9. Осциллограмма формы напряжения
и тока для дросселя с индуктивностью 170 нГн
и сердечником с высокой межвитковай емкостью
ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ
5 мкс/дел.
Рис. 7.10. Осциллограмма формы напряжения
и тока для дросселя с индуктивностью 55 мкГн
и сердечником с высокой межвитковой емкостью
5 мкс/дел.
Рис. 7.11. Осциллограмма формы напряжения
и тока для дросселя с индуктивностью 500 мкГн
и сердечником с низкой межвитковой емкостью
включающий 18 дросселей различных размеров и значений индуктивности
(модель 845), который можно заказать по адресу: Pulse Engineering, Inc. PO
Box 12235, San Diego, California 92112, F19) 268-2400.
4. При недостаточном входном напряжении причиной может оказаться слиш-
ком большая длина проводов (например, от батареи к импульсной ИС)
в процессе макетирования схемы. (Такая проблема не возникает при ис-
пользовании плат с печатным монтажом.)
Входное питание потребляется схемой им-
пульсного стабилизатора в виде импуль-
сов тока. Если при макетировании схемы
наблюдается падение входного напряжения
из-за длинных проводов, следует увеличить
входную емкость (конденсатор емкостью
порядка 1000 мкФ или более подключает-
ся как можно ближе к выводам ИС стаби-
лизатора). Если это не поможет, необходимо
добавить входные конденсаторы во время
сборки схемы.
5. Если при использовании небатарейного ис-
точника входного напряжения схема не запускается и нет переключений при
исправных компонентах схемы и правильном их подключении, то, возможно,
используемый источник питания мал по выходной мощности и не обеспе-
чивает необходимой величины пускового тока. Импульсные стабилизаторы
имеют отрицательное входное сопротивление в пусковом режиме и при вклю-
чении потребляют значительный ток. Высокие токи могут вызвать в некото-
рых входных источниках значительное падение напряжения или их отклю-
чение. При использовании батареи в качестве источника входного питания
вполне вероятно, что она не в состоянии обеспечить большие мгновенные
значения пускового тока.
6. При низком КПД (когда потребляемая мощность значительно больше выход-
ной мощности) необходимо обратить внимание на дроссель или трансформа-
тор, так как потери в их обмотках или сердечнике могут быть значительными.
Рис. 7.12. Набор поверочных индуктив-
ностей
[2921 СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Конечно, низкий КПД устройства в целом может быть суммарным результа-
том всех потерь: в дросселе, конденсаторах, диодах и т.д.
7. При нестабильности тактовой частоты импульсов требуется проверить на-
личие избыточных пульсаций на выходе, а также на любом выводе обратной
связи или компенсационном выводе ИС стабилизатора. При изменении так-
товой частоты от периода к периоду следует подключить конденсатор (от
1000 до 3000 пФ) параллельно выходному конденсатору (и/или выводу об-
ратной связи или компенсационному выводу) к «земле». Если какое-нибудь
из этих действий с конденсаторами устранило изменения тактовой частоты,
можно считать, что проблема локализована.
8. В случае больших пульсаций выходного напряжения или шумовых выбросов
проблема, возможно, связана с выходным конденсатором. Он характеризует-
ся значением электрической емкости, выражаемой в пико- или микрофара-
дах, а также величиной эквивалентного последовательного сопротивления
(ЭПС) в омах. Увеличение емкости снижает пульсации, а возрастание экви-
валентного последовательного сопротивления - увеличивает. Вполне вероят-
но, что высокое ЭПС используемого конденсатора, даже при соответствии его
емкости значениям в схеме, стало причиной пульсаций непонятного проис-
хождения.
9. Когда интегральная микросхема взрывается на этапе экспериментирования
(при тщательном подборе всех компонентов, правильном выполнении всех
соединений, отсутствии короткого замыкания на выходе, точном соблюдении
полярности включения электролитических конденсаторов и батареи), воз-
можная причина заключается в том, что пусковые токи потребления вызвали
значительные моментальные импульсные напряжения. Такие же большие на-
пряжения могут возникать и после перенесения отлаженной схемы на печат-
ную плату. Как правило, это указывает на то, что один или несколько элемен-
тов оказались на «грани» работоспособности (например, слишком высокое
значение тока утечки выходного конденсатора или ограничительного диода).
10. При сильном нагреве интегральной микросхемы необходимо в первую очередь
рассмотреть условия отвода тепла, поскольку нарушения тепловых контак-
тов - самая распространенная причина перегрева ИС. Так, для корпуса типа
ТО-220 без теплоотводящего радиатора тепловое сопротивление составляет
50-55 "С/Вт. В схеме стабилизатора с выходным напряжением 5 В и током 3 А
A5 Вт) со стандартным значением потерь на импульсное переключение A0%)
на интегральной микросхеме будет выделяться более 1,5 Вт. Выделяемая
энергия вызовет увеличение температуры на 75 °С, а с учетом температуры
окружающей среды общая температура корпуса превысит 100 "С (что, конеч-
но, очень много). При отладке схемы можно припаять вывод корпуса ТО-220
к медной контактной площадке на печатной плате, что уменьшит тепловое
сопротивление примерно до 25 °С/Вт.
11. При плохих характеристиках стабилизации выходного напряжения на нагруз-
ке или в схеме нужно производить проверку в следующем порядке:
- выходной конденсатор с высоким значением последовательного эквивалентно-
го сопротивления (особенно если он находится вне контура обратной связи);
ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ЛИНЕЙНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ
- возможные утечки через осциллограф по паразитному контуру заземления
(см. рис. 7.4);
- неверное подключение резисторов выходного делителя к токовой шине
(в схеме на рис. 7.5 представлены правильное и неверное подключения);
- избыточные пульсации выходного напряжения, слишком высокая частота
переключения (при условии, что проверка дросселя в соответствии со схе-
мой на рис. 7.6 уже проведена).
12. При низком значении КПД необходимо обратить внимание на диоды. Если их
быстродействие недостаточно либо они рассчитаны на меньшие токи, то КПД
будет снижаться, несмотря на работоспособность схемы. Если диоды рассчи-
таны на слишком малые токи, они попросту сгорят. В большинстве схем им-
пульсных стабилизаторов используются высокочастотные диоды или диоды
Шоттки. Основное преимущество диодов Шоттки - высокая эффективность.
Следует помнить, что при выходных напряжениях стабилизатора до 12 В
диоды Шоттки обеспечивают увеличение КПД на 5% по сравнению с ВЧ ди-
одами. При напряжениях свыше 12 В это преимущество менее значительно.
Кроме того, напряжение пробоя всех диодов должно превышать входное на-
пряжение на величину его возможных пульсаций.
7.3. Поиск неисправностей в линейных источниках питания
Первый шаг при определении неисправностей в источнике питания, изображен-
ном на рис. 7.2, - проверка схемы с использованием как основных, так и более
сложных методик. С помощью потенциометра сопротивлением 10 Юм, подключен-
ного к выводу 6 ИС СА3085 стабилизатора положительных напряжений при токе
нагрузки 90 мА, нужно установить выходное напряжение в диапазоне 3,5-20 В.
Если напряжение отсутствует, необходимо проверить, светится ли неоновый
индикатор при включенном положении выключателя сетевого питания (предва-
рительно убедившись, что сетевая вилка вставлена в розетку). Если неоновый
индикатор не светится, то, вероятно, перегорел плавкий предохранитель.
Когда неоновый индикатор светится, следует проверить наличие переменного
напряжения во вторичной обмотке трансформатора (примерно 24 В на входе вы-
прямителя). В случае его отсутствия надо более детально заняться трансформато-
ром. При наличии переменного напряжения во вторичной обмотке необходимо
проверить выпрямленное напряжение между выводом 3 интегральной микросхе-
мы СА3085 и «землей». Если его нет, проблема связана с выпрямительными дио-
дами. Также не исключено короткое замыкание или чрезмерный ток утечки в кон-
денсаторе емкостью 500 мкФ.
При наличии постоянного напряжения на выводах 2 и 3 (примерно 25 В), но
отсутствии его на выходной клемме (вывод 8) либо невозможности его подстрой-
ки в заданных пределах можно предположить неисправность в выходном конден-
саторе емкостью 5 мкФ, корректирующем конденсаторе емкостью 100 пФ или ин-
тегральной микросхеме СА3085 (именно в таком порядке).
Если же выходное напряжение находится в заданных пределах, но наблюдают-
ся чрезмерные пульсации либо зависимость выходного напряжения от изменения
[294] СХЕМЫ ИаОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
напряжения питания превышает допустимые пределы (более 0,2%), неисправ-
ность связана, скорее всего, с ИС СА3085 (хотя и не исключается влияние чрез-
мерных утечек в конденсаторах фильтра).
7.3.1. Двухполярный источник питания с предварительной стабилизацией
Как и ранее, при поиске неисправностей в источнике питания, схема которого
приведена на рис. 7.13, необходимо прежде всего проверить схему. Следует отме-
тить, что источник питания рассчитан на выходные напряжения +12 и -12 В, каж-
дое из которых может подстраиваться отдельно. (Выводы подстройки микросхе-
мы стабилизатора с тремя выводами подключены в обоих случаях к делителям
напряжения.) Если в схеме присутствует выходное напряжение, но его параметры
отличаются от паспортных, нужно проверить величины сопротивлений резисто-
ров 124 Ом и 1,07 кОм.
Рис. 7.13. Сетевой линейный двухполярный источник питания с предварительной стабилизацией
Примечание к рис. Все резисторы, отмеченные звездочкой, - пленочные (с точностью изготовле-
ния 1%). Интегральные микросхемы MDA201 фирмы Motorola. Дроссель L1 фирмы Pulse Engineering,
Inc. UPE-92106. Транзисторы 2N6667 фирмы Dariington монтируются на теплоотводах. Трансфор-
матор фирмы Stancor P-8685.
Если в схеме присутствует напряжение +12 В, но отсутствует -12 В (либо на-
оборот), можно снять подозрения с половины схемы. То же самое относится к слу-
чаю, когда лишь на одном из выходов наблюдаются чрезмерные пульсации или обе
половины схемы различаются параметрами выходного напряжения при измене-
ниях входного. Если же оба источника имеют одинаково плохие параметры, то,
скорее всего, причина неисправности заключается в трансформаторе.
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ Гдо]
Предположим, что источник напряжения +12 В неисправен, а источник -12 В
работает нормально (при нагрузке 1,5 А и изменении входного напряжения от 90
до 130 В1. Выходное напряжение источника равно -12 В). Если напряжение +12 В
отсутствует, нужно проверить наличие переменного напряжения на входе и посто-
янного напряжения на выходе интегральной микросхемы MDA201. При отсут-
ствии переменного напряжения или его отклонениях от нормы следует проверить
исправность обмоток и правильность подключения трансформатора. При наличии
переменного напряжения, но отсутствии постоянного причина заключается в ИС
MDA201 (либо в конденсаторе емкостью 4700 мкФ).
Если на выходе ИС MDA201 присутствует постоянное напряжение, нужно срав-
нить его со значением постоянного напряжения на выходе аналогичной микросхе-
мы для напряжения -12 В. При этом необходимо сравнить напряжения V^, посту-
пающие на обе интегральные микросхемы стабилизаторов LT1086. Если V^ для ИС
LT1086 неисправной половины источника питания (+12 В) отличается от аналогич-
ного напряжения на входе микросхемы исправной половины (-12 В), можно пред-
положить неисправность транзистора Q1 или связанных с ним элементов, таких
как дроссель L1, ИС LT1011, диод MBR360 или конденсатор емкостью 1000 мкФ.
Если же постоянные напряжения одинаковы на входных выводах VIN обеих ИС,
но выходное напряжение +12 В отсутствует либо отличается от нормального зна-
чения, следует предположить неисправность выходного конденсатора емкостью
100 мкФ, диода D1, ИС LT1086 или стабилитрона LT1004 (именно в приведен-
ном порядке). Если утечки стабилитрона очень велики, либо он полностью неис-
правен, напряжения на выводах Vm ИС LT1086 будут отличаться друг от друга.
7.4. Описание схем источников питания
7.4.1. Схема управления МДП транзисторами
На рис. 7.14 приведен пример использования интегральной микросхемы МАХ620
для управления мощными переключающими и управляющими схемами. Схема
перекачивания заряда вырабатывает стабилизированное выходное напряжение,
которое на 11 В превышает напряжение питания Vcc, подаваемое на ИС. Схема
управления передает входной логический сигнал уровня ТТЛ/КМОП на свой
неинвертирующий выход, на котором амплитуда сигнала увеличивается до значе-
ния повышенного стабилизированного напряжения. Выходной ток схемы управ-
ления достигает 25 мА, ток покоя составляет 70 мкА. Для ИС МАХ620 необходимо
использовать три внешних конденсатора накопления заряда. В интегральной мик-
росхеме МАХ621 конденсаторы Cl, C2 и СЗ находятся внутри корпуса. (См. «Ma-
xim New Releases Data Book», 1992, p. 4-19.)
7.4.2. Мостовая схема управления двигателем постоянного тока
На рис. 7.15 приведен вариант использования интегральной микросхемы МАХ620
для управления мостовым переключателем, который задает направление враще-
ния электродвигателя постоянного тока, питающегося напряжением +5 В. При
1 Трансформатор рассчитан на стандартное для Англии и США входное напряжение 110 В.
|29б1 СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Рис. 7.14. Схема управления МДП транзисторами
Примечание к рис. ИС выполнены в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-
корпус). ИС МАХ620 также имеет вариант исполнения в малогабаритном корпусе (SO-корпус)
Здесь и далее, если не оговорено иное, маркировка выводов микросхем приведена для вида сверху.
выборе входа, задающего прямое или обратное вращение, соответствующая пара
выходов ИС включает управляемую ими пару силовых транзисторов, которые
пропускают ток через электродвигатель, обеспечивая его вращение в выбранном
Рис. 7.15. Схема управления двигателем постоянного тока
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ [2971
направлении. Для предупреждения одновременного включения всех четырех МДП
транзисторов необходимо определить состояние входов прямого или инверсного
вращения перед подачей на вход СЕ разрешающего низкого уровня сигнала, не
допуская подачи управляющего сигнала на прямое и обратное вращение одновре-
менно. Нельзя использовать источник питания, который может вызвать на затво-
ре управляющее напряжение, превосходящее максимально допустимое напряже-
ние затвор-исток. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1992, p. 4-27.)
7.4.3. Система управления шаговым двигателем
На рис. 7.16 приведен пример использования интегральной микросхемы МАХ620
в качестве схемы управления шаговым двигателем. Сигналы логических ТТЛ/
КМ ОП схем преобразуются в сигналы с повышенным напряжением, которые
управляют четырьмя силовыми N-канальными МДП транзисторами, задающими
ток в каждой из четырех обмоток шагового двигателя. Диоды обеспечивают путь для
разряда обмоток двигателя. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1992, p. 4-28.)
Рис. 7.16. Система управления четырехфазным шаговым двигателем
7.4.4. Источник питания, повышающий напряжение
На рис. 7.17 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ622 для
получения стабилизированного выходного напряжения, которое на 11 В превы-
шает напряжение источника питания. Подобный источник необходим прежде все-
го для питания схем переключения и управления повышенным напряжением. Вы-
ходной ток составляет 25 мА, типичное значение тока покоя - 70 мкА. На рис. 7.18
[298] СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
представлена схема проверки тока потребления в режиме покоя. ИС МАХ623
имеет внутренние конденсаторы накопления заряда. Логический сигнал на выходе
PR (источник готов к работе) появляется, когда повышенное напряжение достигает
необходимого уровня. (См. -«Maxim New Releases Data Book», 1992, p.p. 4-31,4-37.)
Рис. 7.17. Источник питания, повышающий напряжение
Примечание к рис. В ИС МАХ623 конденсаторы С1, С2 и СЗ размещены внутри корпуса. Интег-
ральные микросхемы выполнены в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-кор-
пус). Есть также вариант исполнения ИС МАХ622 в малогабаритном корпусе (SO-корпус).
Рис. 7.18. Схема проверки тока потребления в режиме покоя
Примечание к рис. Конденсаторы С4 и С1 должны иметь низкое значение эквивалентного последо-
вательного сопротивления (ЭПС).
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ B99"
7.4.5. Переключатель с открытым выходом
В схеме на рис. 7.19 ИС МАХ623 используется как компаратор-переключатель.
Переключатель включается при приложении на вход Вкл/Откл напряжения VBATT
и выключается при замыкании этого входа на «землю». (См. «Maxim New Releases
Data Book», 1992, p. 4-38.)
Рие. 7.19. Переключатель с открытым выходом
7.4.6. Преобразователи напряжения
На рис. 7.20 представлены ИС преобразователей МАХ680 и МАХ681, используе-
мые в качестве конвертеров напряжения, преобразующих входное напряжение +5 В
в выходное ±10 В. Диапазон изменения входного напряжения - от +2,0 до +6,0 В.
КПД преобразования по напряжению составляет 95%, а преобразования по мощ-
ности - 85%. Ток потребления - 500 мкА. Типичные значения выходных импедан-
сов источников - 150 Ом, при этом обеспечивается полезный выходной ток до 10 мА.
Для ИС МАХ681 не требуется внешних конденсаторов. На рис. 7.21 приведена
схема проверки, а на рис. 7.22 и 7.23 - графики характерных результатов тестовых
испытаний. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1992, p. 4-141.)
7.4.7. Преобразователь положительного и отрицательного напряжений
На рис. 7.24 показан пример использования интегральной микросхемы МАХ680
в качестве преобразователя положительного и отрицательного напряжений. Кон-
денсаторы С1 и СЗ должны иметь рабочие напряжения 6 В или более, конденсато-
ры С2 и С4 - не менее 12 В. При использовании ИС МАХ680 с низкими значе-
ниями тока нагрузки емкости конденсаторов С1 и С2 могут быть уменьшены до
1 мкФ, а емкости конденсаторов СЗ и С4 - до 4,7 мкФ. (См. «Maxim New Releases
Data Book», 1992, p. 4-144.)
Гзбо] схемы источников питания
¦5V-
Рис. 7.20. Преобразователи напряжения
Примечание к рис. В конвертере МАХ681, включенном в качестве преобразователя постоянного на-
пряжения +5 В в напряжение ±10 В, используются только четыре вывода. Маркировка выводов мик-
росхем соответствует виду сверху. ИС МАХ680 выполняется в плоском корпусе с двухрядным рас-
положением восьми выводов (DIP-корпус) или в малогабаритном корпусе (SO-корпус).
Риь7.21
Схема проверки преобразователя напряжения
Рис. 7.22. Рабочие характеристики микросхемы МАХ680: а) зависимость выходного сопротивления
RBblxoT напряжения 11ПИТ; б) зависимость выходного напряжения 11ВЬ1Х от тока нагрузки IL; в) зависимость
тока питания от U
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ПИЛ"
Рис. 7.23. Рабочие характеристики микросхемы МАХ681: а) зависимость выходного напряжения от
выходного тока; б) зависимость выходного сопротивления источника от температуры; в) зависимость
напряжения выходных пульсаций от выходного тока
Рис 7.24
Преобразователь положительного и отрицательного
напряжений
7.4.8. Быстродействующие драйверы МДП транзисторов с токами до 1,5 А
На рис. 7.25 приведены основные схемы включения для ИС драйверов МАХ4426/
27/28. Эти И С быстро заряжают и разряжают емкости затворов мощных МДП
транзисторов. Типичное значение выходного сопротивления составляет 4 Ом, вре-
мя задержки - 10 не для tD1 и 25 не для tD2 (см. рис. 7.26), максимальное значение
выходного тока - 1,5 А, типичное время нарастания и спада выходного импульса -
20 не при емкости нагрузки 1000 пФ, диапазон рабочих напряжений - +4.5...+18 В,
а потребление тока - 1,8 мА при наличии сигнала логической 1 на выходе и 200 мкА
при логическом 0 на входе. ИС совместимы с ТТЛ/КМОП схемами и в состоянии
выдерживать обратный ток более 500 мА. На рис. 7.26 представлены проверочная
схема и формы входных и выходных сигналов. (См. «Maxim High-Reliability Data
Book», 1993, p.p. 4-5, 4-6.)
7.4.9. Повышающие ШИМ стабилизаторы
На рис. 7.27 дан пример включения ИС МАХ732 и МАХ733 в качестве повышаю-
щих стабилизаторов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Типичное зна-
чение КПД для ИС МАХ732 составляет 82-87%, а для ИС МАХ733 - 85-95%. На
рис. 7.28 показана конфигурация выводов микросхем. В табл. 7.1 приведены зави-
симости гарантированного выходного тока от напряжения питания. (См. «Maxim
High-Reliability Data Book», 1993, p. 4-65.)
СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхем соответствует виду сверху. ИС выполнены
в плоском корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (DIP-корпус) или в малогабаритном
корпусе (SO-корпус).
Рис 7.26
Проверочноя схема драйвера МДП транзис-
торов
Примечание к рис. Время нарастания и спада
входного импульса составляет 5 не.
ОПИСАНИИ СХЕМ ИСТОЧНИКОв ПИТАНИЯ [303|
Рис 7.27. Пример включения ИСМАХ732 и МАХ733: о) повышающий ШИМ стабилизатор;
б) рекомендуемый выходной фильтр нижних частот
Примечание к рис. Обозначения выводов на схеме показаны в соответствии с маркировкой для кор-
пуса с восемью выводами.
Таблица 7.1. Зависимость гарантированного выходного тока от напряжения питания
Микросхема
Диапазон входного
напряжения, В
Выходное
напряжение, В
Гарантированный
выходной ток, мА
МАХ732
МАХ733
4,5-9.3
6,0-9.3
4,5-11
6,0-11
+12
+12
+15
+15
150
200
100
200
в § § § §
Рис 7.28. Расположение выводов ИСМАХ732/733
Примечание к рис. Конфигурация выводов микросхем соответствует виду сверху. ИС
варианта исполнения: в плоском керамическом корпусе с двухрядным расположением
(CERDIP-Kopnyc) либо в плоском корпусе для безвыводного кристаллодержателя (LCC
с двадцатью контактами. Выводы, обозначенные *N.C>, не подключаются.
[3041 СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
7.4.10. Источник питания на 12 В для программирования флэш-памяти
На рис. 7.29 интегральная микросхема МАХ734 включена в качестве источника
питания для программирования флэш-памяти. Типичное значение КПД равно
85%. ИС также имеет логически управляемый вывод отключения (SHDN), позво-
ляющий осуществлять управление непосредственно от микропроцессора. (См. «Ma-
xim High-Reliability Data Book», 1993, p. 4-65.)
Рис 7.29. Источник питания на 12 В для программирования флэш-памяти
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхемы приведена для вида сверху. ИС выполнена
в плоском корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (DIP-корпус) или в малогабаритном
корпусе (SO-корпус).
7.4.11. Понижающий ШИМ стабилизатор
В схеме на рис. 7.30 приведен пример включения ИС МАХ724/26 в качестве по-
нижающего стабилизатора На рис. 7.31 и 7.32 показана маркировка выводов мик-
росхем. В табл. 7.2 представлены телефоны фирм, производящих перечисленные
компоненты. (См. «Maxim Evaluation Kit Data Book», 1994, p.p. 3-125,3-131,3-139.)
7.4.12. Преобразователь положительного напряжения в отрицательное
На рис. 7.33 показан вариант включения интегральной микросхемы МАХ724 для
преобразования постоянного положительного напряжения от +4,5 до +40 В
Рис7.30
Понижающий ШИМ стабилизатор
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ [3051
Таблица 7.2. Перечень использованных компонентов и их поставщиков
Элементы для поверхностного монтвжа (обычно для токов не более 2 А)
Дроссели
Конденсаторы
Диоды
Sumida Electric - серия CDR125
США
Япония
Coiltronics - серия СТХ
США
Matsuo - серия 267
США
Япония
Sprague - серия 590
США
Motorola - серия MBRS
США
Ninon - серия NSQ
США
Тел.: G08) 956-0666
Тел.: @3) 3607-5111
Факс: @3) 3607-5428
Тел.:C05O81-8900
Факс: C05) 782-4163
Тел.: G14) 969-2491
Факс:G14)960-6492
Тел.: @6) 332-0871
Тел.:F03J24-1961
Факс: F03) 224-1430
Тел.: F02) 244-6900
Тел.: (805) 867-2555
Факс: (805) 867-2698
Элементы для монтажа в сквозных отверстиях печатных плат
Дроссели
Конденсаторы
Диоды
Sumida Electric - серия CDR125
Cadell-Burns- серии 7979.7300.6860.7200
США
Renco - различные серии
США
Coiltronics - различные серии
Nichicon - серия PL (электролитические,
с низким ЭПС)
США
United Chemi-Con - серия LXF
США
Sanyo - серия OS-CON
(органический полупроводник, низкое ЭПС)
США-
Япония
Общего применения. 1N5620 - 1N5825
Motorola - серии MBR и MBRS
Телефоны см. выше
Тел.:E16O46-2310
Факс: E16) 742-2416
Тел.: E16) 586-5566
Факс: E16) 536-5562
Телефоны см. выше
Тел.: G08) 843-7500
Факс: G08)843-2798
Тел.: G08) 696-2000
Факс:G08N40-6311
Тел.:F19N61-6322
Тел.: @720) 70-1005
Факс: @720) 70-1174
Телефоны см. выше
Рис 7.31
Расположение выводов МАХ724/726 в пластмассовом
корпусе
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхемы соот-
ветствует виду спереди. ИС выполнена в корпусе транзи-
сторного типа ТО-220 с пятью выводами. Корпус соединен
с заземляющим выводом.
[збб] схемы источников питания
Рис 7.32
Расположение выводов МАХ724/726 в металлическом
корпусе
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхемы со-
ответствует виду снизу. ИС выполнена в корпусе тран-
зисторного типа ТО-3 с четырьмя выводами. Корпус со-
единен с заземляющим выводом. Чтобы заказать ИС,
необходимо связаться с производителем.
в постоянное отрицательное напряжение -5 В с выходным током до 1 А. Конфигу-
рация выводов ИС приведена на рис. 7.31 и 7.32; список поставщиков компонентов
представлен в табл. 7.2. (См. «Maxim Evaluation Kit Data Book», 1994, p. 3-138.)
Рис.7.33
Преобразователь положительного напряжения
в отрицательное
Примечание к рис. D1 - MBR745 фирмы MO-
TOROLA, С1 - UPL1C221MRH6 фирмы NICHI-
CON, С2 - UPL1A102MRH6 фирмы NICHICON,
L1 - СТХ25-5-52 фирмы CO1LTRONICS; все рези-
сторы имеют точность исполнения не менее 1%.
7.4.13. Повышающий преобразователь отрицательного напряжения
На рис. 7.34 приведен вариант включения интегральной микросхемы МАХ724 для
преобразования постоянного отрицательного входного напряжения от -5 до -15 В
в постоянное отрицательное выходное напряжение -15 В. Конфигурация выводов
Рис 7.34
Повышающий преобразователь отрицательно-
го напряжения
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ \з5Т
ИС показана на рис. 7.31 и 7.32, список поставщиков компонентов представлен
в табл. 7.2. (См. «Maxim Evaluation Kit Data Book», 1994, p. 3-138.)
7.4.14. Модуль программирования флэш-памяти
На рис. 7.35 приведен пример использования интегральной микросхемы МАХ 1732
в качестве модуля программирования флэш-памяти A20 мА). Функция этой схе-
мы аналогична выполняемой схемой на рис. 7.29, но здесь используется только
один внешний конденсатор. Ток покоя составляет 1,7 мА, ток в режиме отключе-
ния - 70 мкА. (См. -«Maxim New Releases Data Book», 1994, p. 4-15.)
Рис 7.35. Модуль программирования микросхем флэш-памяти
Примечание к рис. Конденсатор «мягкого* пуска, обозначенный звездочкой, - это рекомендуемый
элемент схемы. Маркировка ИС МАХ1732 соответствует виду сверху. Модуль выполнен в плоском
корпусе с двухрядным расположением выводов (DlP-корпус). Полоска на корпусе идентифицирует
выводы 1 и 14. Выемка в низу корпуса расположена напротив вывода 1. Маркировка </.С> обознача-
ет внутреннее соединение. К этим выводам не разрешается делать подключения.
7.4.15. Понижающий преобразователь
На рис. 7.36 приведена схема модуля преобразователя мощностью 2,5 Вт на основе
интегральной микросхемы МАХ 1738, в которой не используются внешние элемен-
ты; а также ее характеристики и осцилограммы сигналов. В табл. 7.3 приведены зна-
чения гарантированного выходного тока ИС от напряжения питания, а в табл. 7.4 -
описания выводов. Ток потребления без нагрузки равен 1,7 мА, ток в режиме отклю-
чения - 60 мкА. Типичное значение напряжения пульсаций - ±30 мВ, для снижения
пульсаций рекомендуется применять выходной фильтр, показанный на рис. 7.37.
(См. «Maxim New Releases Data Boob, 1994, p.p. 4-23,4-25,4-26.)
Таблица 7.З. Зависимость гарантированного выходного тока от напряжения питания
Диапазон входных напряжений питания, В Гарантированный выходной ток, мА
6.6-16,0
10.2-16.0
[зов! СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Рис 7.36. Схема модуля преобразователя на ИС МАХ1738 (о); расположение выводов ИС F); рабочие
характеристики: в) зависимость тока потребления от напряжения питания; г) зависимость КПД оттока
нагрузки, д) зависимость максимального значения выходного тока от напряжения литания при различных
значениях температуры окружающей среды ТА; е) переходный процесс при воздействии одиночного
входного импульса; ж) характеристика переходного режима при изменении нагрузки; з) осциллограмма
формы выходного напряжения и отключающего импульса при переводе в закрытое состояние
Примечания к рис.:
1. На рис. 7.366 цоколевка ИС МАХ1738 приведена для вида сверху. Модуль выполнен
в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-корпус). Полоска на корпусе
идентифицирует выводы 1 и 14. Выемка в низу корпуса расположена напротив вывода 1. Мар-
кировка «/.С.» обозначает внутреннее соединение. К этим выводам не разрешается делать под-
ключения.
2. Рабочие характеристики и осциллограммы на рис. 736в-з приведены для стандартной ИС, тем-
пература окружающей среды во время испытания составляла 25 'С, напряжение V+ - 12 В, если
на графиках не указано иное значение.
3. На рис. 7.36е: А - входное напряжение, 5 В/дел; В - выходное напряжение, ЮОмВ/дел; ток на-
грузки равен 250 мА.
4. На рис. 7.36ж: А - бросок выходного тока от 25 до 250 мА, 100 мА/дел; В - выходное напряже-
ние, 50 мВ/дел.
5. На рис. 736з: А - выходное напряжение, 2 В/дел; В - входной сигнал SHDN перевода в режим
отключения, 2 В/дел; ток нагрузки составляет 200 мА.
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ГзО9]
Таблица 7.4. Незначение выводов микросхемы МАХ1738
Номер вывода Обозначение Назначение
7.4.16. Модуль, преобразующий напряжение +5 В в ±12 или ±15 В
На рис. 7.38 показана схема модуля преобразователя на интегральной микросхеме
МАХ 1743 мощностью 3 Вт без использования внешних компонентов. Модуль
обеспечивает ток нагрузки 125 мА при напряжении ±12 В или 100 мА при напря-
жении ±15 В. Режим работы (±12 или ±15 В) устанавливается переключением
перемычки на выводе 4 микросхемы. На рис. 7.39 представлены рабочие характе-
ристики ИС. В табл. 7.5 дано описание выводов ИС. На рис. 7.40 рассматривается
возможный вариант перевода микросхемы в ждущий режим. (См. «Maxim New
Releases Data Book», 1994, p.p. 4-27, 4-29, 4-30.)
Таблица 7.5. Назначение выводов микросхемы MAX 1743
Номер вывода Обозначение Назначение
Используется для «мягкого» запуска. При включении на выводе V+
происходит бросок тока до 1,5 А. в течение приблизительно 2 мс,
пока не наступает стабилизация выходного напряжения.
Подключение дополнительного конденсатора 0,1 мкФ между
выводом SS и «землей» предотвращает бросок тока, но увеличивает
время установления стабилизированного выходного напряжения
примерно до 60 мс
Входное напряжение +5 В
Вывод для выбора величины выходного напряжения ±12 или ±15 В.
Подключение вывода 4 к V+ дает выходное напряжение ±12 В,
подключение к -земле» - ±15 В
Выводы использованы для внутрисхемных соединений.
Не разрешается выполнять к ним какие-либо подключения
«Земля»
Отрицательное выходное напряжение. -12 В. если вывод 12/ТБ
подключен к V+. и -15 В. если вывод 12/ТБ подключен к «земле».
Вывод имеет защиту от короткого замыкания
Рис. 7.37. Рекомендуемый выходной фильтр
ГзнЛ схемы источников питания
Таблица 7.5. Назначение выводов микросхемы МАХ1743 (окончание)
Номер вывода Обозначение Назначение
13, 14, 15 Vo+ Положительное выходное напряжение. +12 В, если вывод 12/1?
включен к V+, и +15 В, если вывод 12/Т5 подключен к -земле».
Вывод не имеет защиты от короткого замыкания. Нельзя замыкать
на любую точку схемы, потенциал которой ниже V+
24 V,^,: Выход опорного напряжения +2,0 В. Подача на вывод V,,^
напряжения V+ переводит МАХ1743 в режим ожидания с малым
током, при этом Vo+ будет меньше V+ нв величину падения
напряжения на диоде Шоттхи, a VQ- будет равно потенциалу «земли»
Рис 7.38
Модуль преобразователя +5 В в ± 12/15 В
Примечание к рис. Чтобы выбрать ре-
жим работы, необходимо соединить
перемычкой вывод 4 с выводом (V+) для
получения выходного напряжения ±12 В
или с выводом GND (земля) для полу-
чения выходного напряжения ± 15 В.
Маркировка выводов интегральной
микросхемы МАХ 1743 приведена для
вида сверху. Модуль выполнен в плоском
корпусе с двухрядным расположением
выводов (DIP-корпус).
ТАМ. Быстродействующий одиночный МДП драйвер на ток 6 А
На схеме (см. рис. 7.41) представлен вариант включения интегральной микросхемы
МАХ4429/МХТ429 в качестве преобразователя входного сигнала уровня ТТЛ/
КМОП в высоковольтный выходной сигнал с большим током. Выходное сопро-
тивление равно 1,5 Ом при токе 6 А. Время задержки составляет 40 не, время на-
растания/спада выходного импульса - 25 не (при емкости нагрузки 2500 пФ). На
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ [зТТ*
Рис. 7.39. Рабочие характеристики интегральной микросхемы МАХ1743:
а) пульсации выходного напряжения при постоянной нагрузке 75 мА и кратковременной нагрузке при то-
ках 25 и 100 мА; б) зависимость выходного напряжения от тока нагрузки (режим ±15 В); в) зависимость
КПД оттока нагрузки (режим ±15 В); г) зависимость выходного напряжения оттока нагрузки (режим ±12В);
д) зависимость КПД от тока нагрузки (режим ±12 В)
Примечания к рис.:
1. Осциллограмма и остальные зависимости снимались при V+ -5,0 В и температуре окружающей
среды 25 'С.
2. На рис. 739в и 739д нагрузка изменялась от Vo+ до Vo_.
Рис. 7.40
Вариант перевода микросхемы в ждущий режим
Примечание к рис. Сигналы КМОП логихш схемы-
0 - ждущий резким, 1 - нормальная работа.
рис. 7.42 приведена схема проверки временных характеристик. Диапазон напря-
жения питания - 4,5-18 В, изменения выходного напряжения происходят между
25 мВ от напряжения VDD и 25 мВ от потенциала «земли». (См. «Maxim New Relea-
ses Data Book», 1994, p.p. 4-31, 4-35.)
ГзТг! схемы источников питания
Рис. 7.41. Быстродействующий МДП драйвер
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхем соответствует виду сверху. ИС выполнены
в плоском корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (DIP-корпус) или в малогабаритном
корпусе (SO-корпус). Выводы, обозначенные «JV.C>, не имеют подключений внутри корпуса.
Рис. 7.42. Схема проверки временных характеристик
Рис. 7.43. Преобразователь напряжения с перекачиванием заряда
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхем соответствует виду сверху. ИС выполнена
в плоском корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (DIP-корпус) или в малогабаритном
корпусе (SO-корпус).
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ Гз1з1
7.4.18. Преобразователь напряжения с перекачиванием заряда
На рис. 7.43 приведен вариант подключения интегральной микросхемы МАХ619
в качестве преобразователя постоянного напряжения, выходное напряжение ко-
торого равно 5 В при токе 15 мА, а входное составляет 2-3,6 В. Ток покоя - не
более 150 мкА, ток в режиме отключения - 10 мкА. В схеме использованы два
недорогих конденсатора (См. «Maxim New Releases Data Book», 1994, p. 4-37.)
7.4.19. Р-канальный линейный стабилизатор с малым падением
напряжения
На рис. 7.44 приведена схема линейного стабилизатора на интегральной микро-
схеме МАХ684. Выходные напряжения ИС составляют: для МАХ682 UBbIX = 3,3 В;
для МАХ683 UBbIX = 5,0 В; для МАХ684 UBbIX = 3,3 В; для МАХ685 UBbIX = 3,0 В.
Диапазон напряжения питания - 2,7-11,5 В, максимальное падение напряжения
равно 300 мВ при выходном токе 200 мА. Максимальный ток покоя составляет
15 мкА, ток в режиме отключения - не более 1 мкА. (См. «Maxim New Releases Data
Book», 1994, p. 4-49.)
Рис 7.44. Р-канальный линейный стабилизатор с малым падением напряжения
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхем приведена для вида сверху. ИС выполнены в плос-
ком корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (DIP-корпус) или в малогабаритном кор-
пусе (SO-корпус).
7.4.20. Перестраиваемый инвертирующий ШИМ стабилизатор на -5 В
На рис. 7.45 приведена схема основного варианта включения интегральной мик-
росхемы МАХ735, которая обеспечивает выходное напряжение V0UT - -5 В с то-
ком нагрузки 200 мА при входном напряжении VIN от +4,0 до +6,2 В. На рис. 7.46
представлена соответствующая схема, в которой использованы элементы для по-
верхностного монтажа. В схеме на рис. 7.47 использованы элементы, предназна-
ченные для монтажа на печатных платах со сквозными отверстиями (при темпе-
ратурах, принятых для гражданского и коммерческого использования), в схеме
на рис. 7.48 - для применения во всех температурных диапазонах. В табл. 7.6
Г314] СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Рис 7.45. Инвертирующий ШИМ стабилизатор на -5 В
Примечание к рис. В схеме использованы танталовые конденсаторы для поверхностного монтаже
Маркировка выводов микросхем соответствует виду сверху. ИС выполнены в плоском корпусе с двух-
рядным расположением восьми выводов (DIP-корпус) или в малогабаритном корпусе (SO-корпу
Рис. 7.46
Инвертирующий ШИМ стабилизатор
с элементами для поверхностного монтажа
Примечание к рис. Элемент, обозначенный
звездочкой, может быть исключен, если ток
нагрузки не превышает 100 мА. Элемент,
обозначенный двумя звездочками, относит-
ся только к варианту схемы с использовани-
ем МАХ755.
Рис. 7.47
Подстраиваемый стабилизатор для коммер-
ческого диапазона температур
Примечание к рис. Элемент, обозначенный
звездочкой, может быть исключен, если ток
нагрузки не превышает 100 мА. Элемент,
обозначенный двумя звездочками, относится
только к варианту схемы с использованием
МАХ755.
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ПШ"
Рис 7.48
Подстраиваемый стабилизатор для всех
температурных диапазонов
Примечание. Элемент, обозначенный звездоч-
кой, можно исключить, если ток нагрузки не
превышает 100 мА. Диапазон рабочих темпе-
ратур электролитических конденсаторов, обо-
значенных двумя звездочками, составляет от
-55 до +105 'С. Элемент, обозначенный тре-
мя звездочками, относится только к вариан-
ту схемы с использованием МАХ755.
приводятся сведения о производителях компонентов схем, а на рис. 7.49 - струк-
тура ИС с типовыми внешними компонентами. Для ИС МАХ755 диапазон вход-
ных напряжений составляет +2,7...+9 В, а величина выходного подстраиваемого
отрицательного напряжения определяется соотношением величин сопротивлений
резисторов R3 и R4. Эта зависимость выражается соотношением:
Величина резистора R3 может составлять 10-20 кОм, а значение UBbIX ограни-
чивается величиной A1,7 В - UBX). Ток покоя - 1,6 мА, ток в режиме отключения -
10 мкА. (См. «Maxim New Releases Data Book»-, 1994, p.p. 4-111, 4-115...4-117.)
Таблица 7.6. Перечень использованных компонентов и их поставщиков
Метод производства
Дроссели
Конденсаторы
Поверхностный монтаж
Sumida
СО54-100A0мкГн)
Sumida
НСН855-100МA0мкГн)
Печатные платы с монтажом
миниатюрных элементов в сквозных
отверстиях
Дешевые печатные платы с монтажом Renco
в сквозных отверстиях RL 1284 A0 мкГн)
Matsuo
Серия 267
Sanyo
Серия Os-Con (органический
полупроводник с низким значением ЭПС)
Nichicon
Серия PL (электролитические с низким
значением ЭПС)
United Chemi-Con
Серия LXF
Примечания к табл.:
1. Metsuo: США G14) 969-2491, факс G14) 960-6492; Япония @8) 332-0671.
2. Nichicon: G08) 843-7500. факс G08) 843-2798.
3. Renco: E16) 586-5566. факс E16) 586-5562.
4. Sanyo Os-Con: США F19) 661-6322; Япония @720) 70-1005. факс @720) 70-1174.
5. Sumida: США G08) 956-0666: Япония @3) 3607-5111, факс @3) 3607-5428.
6. United Chemi-Con: G08) 696-2000. факс G08) 640-6311.
7.4.21. Контроллер токового режима на базе импульсного источника питания
На рис. 7.50 приведен пример включения интегральной микросхемы MAX741D,
обеспечивающей выходное напряжение +5 В и ток 1,5 или 3,0 А при входном
ГзТб! схемы источников питания
SHDN
Рис. 7.49. Структура ИС МАХ735/755
Примечание к рис. Элемент, обозначенный звездочкой, можно исключить, если ток нагрузки не пре-
вышает 100 мА. Элементы, обозначенные двумя и тремя звездочками, относятся только к вариан-
там схемы с использованием соответственно MAX7J5 и МАХ755.
напряжении +6...+15,5 В. На рис. 7.51 показан пример включения ИС MAX741D,
обеспечивающей выходное напряжение +5 В и ток 1 А при входном напряжении
+3 В. Обе конфигурации представляют собой разновидность импульсных источ-
ников питания. На рисунках показаны варианты программирования ИС МАХ741
для обеспечения различных значений выходного напряжения при напряжении
питания не менее 2,7 В. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1994, p. 4-131.)
7.4.22. Понижающий Р-канальный контроллер
На рис. 7.52 показан пример включения интегральной микросхемы МАХ747, обес-
печивающей выходное напряжение +5 В при токе 2,3 А в диапазоне входного на-
пряжения 7,5-15 В. На рис. 7.53 представлена схема включения ИС МАХ747, обес-
печивающая ток нагрузки 1 А при выходном напряжении +3,3 В и при входном
напряжении 4,5-15 В. На рис. 7.54 приводится расчет элементов для схемы детек-
тора разряда батареи. На выходе датчика разряда батареи устанавливается низкий
уровень сигнала, когда напряжение V+ меньше или равно UTRIp (напряжение сра-
батывания). Выход датчика разряда батареи имеет большое сопротивление в ре-
жиме отключения. На рис. 7.55 дано выражение для расчета значений элементов
схемы, которые необходимы для выполнения подстройки напряжения выхода с 2 до
14 В. Величина емкости конденсатора С6 рассчитывается исходя из соотношения:
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ПИТ
Рис. 7.50. Контроллер токового режима
Примечание к рис. При выходном напряжении 5 В и токе ЗАв качестве дросселя L1 нужно исполь-
зовать два параллельно включенных дросселя типа СТХ20-4 индуктивностью 10 мкГп; при выход-
ном напряжении 5 В и токе 1,5 А - дроссель СТХ20-4 фирмы COILTRONICS с индуктивностью
20 мкГн. В качестве диода D1 следует использовать диод Шоттки NSQ03A03.
Рис 7.51
Преобразователь напряжения +3 В в +5 В
(С1)(ЭПСС1)
6 р IIP '
К4 II К5
где Cj - емкость С1 в микрофарадах, a SIlCCj — величина эквивалентного по-
следовательного сопротивления (в омах) конденсатора С1 на частоте 100 кГц.
[зпП схемы источников питания
Рис 7.52
Понижающий Р-канальный контроллер
на 5 В
Рис 7.53
Понижающий Р-канальный контроллер на 3,3 В
На рис. 7.56 показано рекомендуемое кельвиново подключение токочувствительного
(токоограничивающего) резистора RsenSE. (Cm. «Maxim New Releases Data Book»,
1994, p.p. 4-140, 4-143,4-145.)
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ПП9~
Рис 7.54
Схема детектора разряда батареи
Примечание к рис. Величины сопротивлений резисто-
ров R2u R1 определяются соотношением:
R2 - R1 (-1Ш- Л где Um - 2,0В - напряжение
\ UTH /
порога.
Рис. 7.55
Схема подстройки выходного напряжения
Примечание к рис. Соотношение для определения ем-
кости компенсационного конденсатора, отмеченного
на схеме звездочкой, приведено в тексте. R4 может
иметь значение 10 кОм - 1 МОм. Величина сопротив-
ления резистора R5 определяется по формуле:
7.4.23. Понижающий ШИМ стабилизатор на ток 5 А
На рис. 7.57 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ787,
обеспечивающей выходное напряжение +5 В и ток нагрузки 5 А при входном на-
пряжении от 10 до 40 В. И С МАХ787/88/89 обеспечивают выходной ток 5 А при
выходном напряжении соответственно 5, 3,3 и 3 В. Ток покоя составляет 8,5 мА.
ИС изготавливаются в корпусе транзисторного типа ТО-3. (См. «Maxim New Re-
leases Data Book», 1994, p. 4-245.)
Рис 7.56
Кельвиново подключение для токочувстви-
тельного резистора
|3201 СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Рис. 7.57. Схема понижающего ШИМ стабилизатора на ток 5 А
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхемы соответствует виду сбоку. ИС выполне-
на в корпусе транзисторного типа ТО-220 с пятью выводами. Корпус соединен с заземляющим,
выводом.
ЛЛЛУЬЛЛ
LT1074
LT1O74HV
LT1076 VC
LT1076HV
Рис. 7.58. Пример включения интегральной микросхемы LT1076: а) расположение выводов
пятивыводного корпуса ТО-220; 6) схема понижающего стабилизатора на ток 2 А; в) расположение
выводов семивыводного корпуса ТО-220; г) расположение выводов четырехвыводного корпуса ТО-3
Примечания к рис.:
1. На рис. 7.58а маркировка выводов микросхем приведена для вида спереди. ИС выполнена
в корпусе транзисторного типа ТО-220 с пятью выводами. Корпус соединен с заземляющим
выводом.
2. На рис. 7.58в маркировка выводов микросхем соответствует виду спереди. ИС выполнена
в корпусе транзисторного типа ТО-220 с семью выводами. Корпус соединен с заземляющим
выводом.
3. На рис. 7.58г маркировка выводов микросхемы соответствует виду снизу. ИС выполнены в корпу-
се транзисторного типа ТО-3 с четырьмя выводами. Корпус соединен с заземляющим выводом.
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
7.4.24. Понижающий ШИМ стабилизатор на ток 2 или 5 А
На рис. 7.58 приведен пример включения интегральной микросхемы LT1076, обес-
печивающей выходное напряжение +5 В и ток нагрузки 2 А при входном напряже-
нии 10-40 В. На рис. 7.59 представлен вариант включения ИС LT1074, обеспечива-
ющей выходное напряжение +5 В и ток нагрузки 5 А при входном напряжении
10-40 В. Ток покоя обеих ИС составляет 8,5 мА. (См. «Maxim New Releases Data
Boob, 1994, p.p. 4-251,4-254.)
7.4.25. Эффективный преобразователь напряжения на 12 В
с обратной связью
На рис. 7.60 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ 1771,
обеспечивающей выходное напряжение 12 В и ток нагрузки 0,5 А при входном
напряжении 5 В. В табл. 7.7 перечислены поставщики компонентов. (См. «Maxim
New Releases Data Book», 1995, p. 4-20.)
Ubc=5V
Рис. 7.60
Схема преобразователя но 12 В с обратной
связью
7.4.26. Преобразователь напряжения на 12 В без обратной связи
На рис. 7.61 представлен пример включения интегральной микросхемы МАХ 1771,
обеспечивающей выходное напряжение 12 В и ток нагрузки 0,5 А при входном на-
пряжении 5 В. В данном варианте потребляется меньший ток питания, чем
в предыдущем (рис. 7.60), но входное напряжение не должно быть ниже 5 В.
В последнем случае необходимо использовать схему, изображенную на рис. 7.60.
11 Зак. 733
Рис. 7.59
Схема понижающего ШИМ стабилизатора на
так 5 А
[3221 СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Рис. 7.61
Схема преобразователя на 12 В без
обратной связи
Примечание к рис. Соотношение сопротивле-
ний R1 и R2 определяется отношением выход-
ного UBbIX и опорного Ufgp напряжений:
(См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p. 4-20.) В табл. 7.7 приводится спи-
сок поставщиков компонентов.
Таблица 7.7. Перечень испальзавонных компонента в и их поставщиков
Метод
производства
Поверхностный
монтаж
Монтаж в сквозных
отверстиях
печатных плат
Дроссели
Sumida
Серия CD54
Серия CDR125
Coiltronics
Серия СТХ20
Coilcraft
Серия DO3316
Серия DO3340
Sumida
Серия RCH855
Серия RCH110
Конденсаторы
Matsuo
Серия 267
Spraque
Серия 5950
AVX
Серия TPS
Sanyo
Серия Os-Con
Nichicon
Серия PL
Транзисторы
Siliconix
Si9410DY
Si9420DY
(высоковольтные)
Motorola
MTP3055EL
MTD20N03HDL
MMFT3055ELTI
MTD6N10
MMBT8099LTI
MMBT8599LTI
Диоды
Central
Semiconductor
CMOSH-3
CMPZ5240
Nihon
EC11FS1
(кремниевые
высокочастотные)
Motorola
MBRS1100T3
MMBZ5240BL
Motorola
1N5817-1N5822
MUR115
(высоковольтные)
MUR105
(кремниевые
высокочастотные)
Примечания к табл.:
1. AVX: США (803) 448-9411. факс (803) 448-1943.
2. Central Semiconductor: США E16) 435-1110, факс E16) 435-1824.
3. Coiltronics: США D07) 241-7876. факс D07) 241-9339.
4. Coilcraft: США G08) 639-6400, факс G08) 639-1469.
5. Matsuo: США G14) 969-2491, факс G14) 960-6492; Япония 81-6-337-6450, факс 81-6-337-6456.
6. Motorola: США (800) 521-6274, факс F02) 952-4190.
7. Nichicon: США G08) 843-7500, факс G08) 843-2798.
8. Nihon: США (805) 867-2555, факс (805) 867-2556.
9. Sanyo: США F19) 661-6835. факс F19) 661-1055; Япония 81-7-2070-1005, факс 81-7-2070-1174.
10. Siliconix: США (800) 554-5565. факс D08) 970-3950.
11. Sprague: США F03) 224-1961. факс F03) 224-1430.
12. Sumida: США G08) 956-0666, факс G08) 956-0702; Япония 81 -3-3607-5111, факс 81-3-3607-5144.
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ [323~
Рис 7.62
Преобразователь напряжения 9 В
Примечание к рис. Соотношение сопротивле-
ний R1 и R2 определяется отношением еыход-
ного UBb[X и опорного иш напряжений:
7.4.27. Эффективный преобразователь напряжения 9 В
На рис. 7.62 представлен пример включения интегральной микросхемы МАХ 1771,
обеспечивающей выходное напряжение 9 В при входном напряжении 4 В. В табл. 7.7
приводится список поставщиков компонентов. (См. -«Maxim New Releases Data
Book», 1995, p. 4-20.)
7.4.28. Повышающий/понижающий преобразователь
с выходным напряжением 5 или 3,3 В
На рис. 7.63 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ 1771,
обеспечивающей выходное напряжение 5 или 3,3 В и ток нагрузки 0,5 А при вход-
ном напряжении 3-11 В. В табл. 7.7 представлен список поставщиков компонен-
тов. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p. 4-25.)
Pik.7.63
Преобразователь напряжения 5/3,3 В
Примечание к рис. Входное напряжение мо-
жет быть еще ниже указанного на схеме,
если по условиям не требуется включение ис-
точника питания при полной нагрузке. Поле-
вой транзистор Q1 - MMFT3055ELTI фирмы
Motorola. Значения сопротивлений резисторов
R2 и Ю определяются требуемым выходным
напряжением: для напряжения 5 В резисторы
R2-200 кОм и R3-470 кОм; для напряже-
ния 33В- соответственно 100и20кОм.
7.4.29. Компенсированный источник питания
с выходным 12 В и входным от 4,5 до 15 В напряжением
На рис. 7.64 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ1771,
обеспечивающей выходное напряжение 12 В и ток нагрузки 250 мА при входном
Гз24] СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Рис 7.64
Компенсированный источник литания 12 В
Примечание к рис. Все подсоединения к вы-
воду 3 ИС должны быть выполнены провода-
ми, имеющими минимально возможную дли-
ну. Транзистор Q1 - MMFT3055ELTI фирмы
Motorola. Li и 12 - дроссели типа СТХ20-4
фирмы Coiltronics. Заземляющая шина (сильно-
точная 4земля*) представляет собой провод-
ник с высокими допустимыми значениями про-
ходящих токов.
напряжении 4,5-15 В. В табл. 7.7 представлен список поставщиков компонентов.
(См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p. 4-26.)
7.4.30. Бестрансформаторная схема источника питания
с входным -48 В и выходным 5 В напряжением
На рис. 7.65 показан пример включения интегральной микросхемы МАХ 1771,
обеспечивающей выходное напряжение 5 В и ток нагрузки 300 мА при входном
напряжении -48 В. В схеме не используется трансформатор. Типичное значение
КПД преобразования составляет 82%. В табл. 7.7 представлен список поставщи-
ков компонентов. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p. 4-27.)
Рис. 7.65. Бестрансформаторный источник с входным -48 В и выходным 5 В напряжением
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ [325|
7.4.31. Монолитный КМОП преобразователь напряжения
На рис. 7.66 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ660,
обеспечивающей либо инверсию напряжения, либо удвоение величины положи-
тельного напряжения. КПД преобразования имеет нормальное значение 88% при
токе нагрузки 100 мА, потеря напряжения составляет 0,65 В, обычное значение вы-
ходного импеданса - 6,5 Ом. Ток покоя — 120 мкА. (См. «Maxim New Releases Data
Book», 1995, p. 4-73.)
Рис. 7.66. Преобразователь напряжения на ИС МАХ660
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхемы соответствует виду сверху. ИС выполнена
в плоском корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (DIP-корпус) или в малогабаритном
корпусе (SO-корпус).
7.4.32. Источник питания для программирования микросхем флэш-памяти
На рис. 7.67а приведен пример включения ИС МАХ662 А (расположение выводов
см. на рис. 7.676), обеспечивающей выходное напряжение +12 В при токе 30 мА,
необходимые для побайтового программирования микросхем флэш-памяти.
В табл. 7.8 перечислены поставщики комплектующих элементов. На рис. 7.68 и 7.69
показаны схемы включения, предназначенные соответственно для программиро-
вания в стандартном (гражданском) диапазоне температур и для расширенного
(военного) температурного диапазона. Ток покоя равен 185 мкА, ток в режиме
отключения - 0,5 мкА. ИС имеет логический вход для управления отключени-
ем, который позволяет осуществлять прямое управление от микропроцессора.
(См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p.p. 4-75, 4-79.)
[З2б1 СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Рис 7.67. Пример включения ИС МАХ662А для программирования флэш-памяти (а); расположение выводов F)
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхемы соответствует виду сверху. ИС выполнена
в плоском корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (DIP-корпус) или в малогабаритном
корпусе (SO-корпус).
"lei
1 -j-OlfrF
Рис 7.68
Стандартное включение ИСМАХ662А для
программирования флэш-памяти
~tL-ci
8
«Управление
программированием
7 от микропроцессора
Рис 7.69
Включение ИС МАХ662А при расширенном
диапазоне рабочих температур
Примечание к рис. Конденсаторы, отмечен-
ные звездочкой, должны быть серии 595D
(фирмы Sprague) или аналогичными.
Тип конденсатора Номинал конденсатора
MurataErie (814J37-1431 (814J38-0490 GRM42-6Z5U224M50
PRE123Z5U15M50V
Sprague F03J24-1961 F03J24-1430 595D475X9016A7
Electric B07K24-7223 B07K24-4140 595D105X9016А7
0.22 пкФ, керамический (SM)
1.0 мкФ. керамический (ТН)
4,7мкФ, танталовый (SM)
1.0 мкФ, танталовый (SM)
Примечание к табл. SM предназначен для поверхностного монтажа, а ТН - для монтажа в сквозных от-
верстиях печатной платы.
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ [327|
7.4.33. Источник питания на два выхода с напряжениями +12 и +20 В
На рис. 7.70 приведен пример использования интегральной микросхемы МАХ662А
при программировании флэш-памяти (см. рис. 7.67-7.69 и табл. 7.8) в качестве
источника питания с двумя значениями выходных напряжений. На рис. 7.71 пока-
зана зависимость выходного напряжения от тока нагрузки. (См. «Maxim New Re-
leases Data Book», 1995, p. 4-80.)
Рис 7.71
Зависимость выходного напряжения 11ВЬ|Хоттока нагрузки 1ВЫХ
Примечание к рис. Измерения проводились при темпера-
туре окружающей среды +25 "С и Vcc - 4,75 В. Зависи-
мость А относится к случаю, когда выход +12 В находит-
ся в режиме холостого хода. Зависимость Б получена при
величине тока нагрузки 34 мА на выходе +12 В.
7.4.34. Эффективный инвертирующий источник питания
На рис. 7.72 показан пример использования интегральных микросхем МАХ764/
765/766 для работы в качестве инверторов с фиксированным выходным напряжением.
Рис. 7.72
Схема включения инверторов с фиксирован-
ным выходным напряжением
Рис. 7.70
Вариант схемы на ИС МАХ662А с двумя
выходными напряжениями
[328] СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
В табл. 7.9 приведены выходные и входные напряжения инверторов, а в табл. 7.10
перечислены фирмы, поставляющие компоненты схем. (См. «Maxim New Releases
Data Boob, 1995, p.p. 4-121, 4-123.)
Таблица 7.9. Выходные и входные напряжения инверторов МАХ764/765/766
Микросхема
МАХ764
МАХ765
МАХ766
Выходное напряжение, В Входное напряжение, В
-5
-12
-15
3-15
3-8
3-5
Таблица 7.10. Перечень использованных компонентов и их поставщиков
Метод производства Дроссели
Поверхностный
монтаж
Печатные платы
с монтажом
миниатюрных
элементов
в сквозных
отверстиях
Дешевые печатные
платы с монтажом
в сквозных отверстиях
Sumida
Серия CD75/105
Centronics
Серия СТХ
Coilcraft
Серия DT/DO3316
Sumida
Серия RCH855
Renco
Серия RL1284
Конденсаторы
Matsuo
Серия 267
Sprague
Серия 595D/293D
AVX
Серия TPS
Sanyo
Серия Os-Con
(очень низкое
значение ЭПС)
Nichicon
Серия PL
Диоды
Ninon
EC10QS02L (диод Шоттки)
EC11FS1
(кремниевый
высокочастотный)
Motorola
1N5817. 1N5818
(диоды Шоттки)
MUR105
(кремниевый
высокочастотный)
Примечания к табл.:
1. AVX: США (803) 448-9411. факс (803) 448-1943.
2. Coiltronics: США D07) 241-7876. факс D07) 241-9339.
3. Coilcraft: США G08) 639-6400. факс G08) 639-1469.
4. Matsuo: США G14) 969-2491, факс G14) 960-6492; Япония 81-6-337-6450, факс 81-6-337-6456.
5. Motorola: США (800) 521-6274, факс F02) 952-4190.
6. Nichicon: США G08) 843-7500, факс G08) 843-2798; Япония 81-7-5231-8461,
7. Ninon: США (805) 867-2555. факс (805) 867-2556; Япония 81-3-3494-7411, факс 81-3-3494-7414.
8. Renco: США E16) 586-5566, факс E16) 586-5562.
9. Sanyo OS-CON: США F19) 661-6835, факс F19) 661-1055; Япония 81-7-2070-1005. факс 81-7-2070-1174.
10. Sprague Electric Co: США F03) 224-1961, факс F03) 224-1430.
11. Sumida: США G08) 956-0666, факс G08) 956-0702; Япония 81-3-3607-5111, факс 81-3-3607-5144.
7.4.35. Инвертор с изменяемым выходным напряжением
На рис. 7.73 приведен пример использования интегральных микросхем МАХ764/
765/766 для работы в качестве инверторов с изменяемым выходным напряжени-
ем (в пределах от -1,0 до -16 В). Для задания величины выходного напряжения
необходимо установить значение сопротивления R1 = 150 кОм, а значение сопро-
тивления R2 определить в соответствии с соотношением:
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ |329]
Рис. 7.73
Эффективный инвертор с изменяемым
выходным напряжением
7.4.36. Эффективный преобразователь на 5 В
На рис. 7.74 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ770,
обеспечивающей выходное напряжение 5 В и ток нагрузки 1 А при входном на-
пряжении 3 В. В табл. 7.11 представлены списки фирм, поставляющих компонен-
ты схем. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p.p. 4-149, 4-150.)
Рис 7.74
Эффективный преобразователь 3/5 В
7.4.37. Эффективный преобразователь на 12 В с обратной связью
На рис. 7.75 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ771,
обеспечивающей выходное напряжение 12 В и ток нагрузки 0,5 А при входном
напряжении 5 В. В табл. 7.11 представлены списки фирм, поставляющих компо-
ненты схем. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p. 4-150.)
7.4.38. Эффективный преобразователь на 12 В без обратной связи
На рис. 7.76 приведен пример включения интегральных микросхем МАХ770/
71/72, обеспечивающих выходное напряжение 12 В и ток нагрузки 0,5 А при
входном напряжении 5 В. Такой вариант включения ИС в отличие от схемы,
[ззсП схемы источников питания
LW-5V
Рис 7.75
Эффективный преобразователь 5/12 В
с обратной связью
показанной на рис. 7.75, требует меньших токов питания, но напряжение пита-
ния не должно быть ниже 5 В. При входных напряжениях менее 5 В следует
применять схему преобразователя, описанную выше (рис. 7.75). В табл. 7.11
представлены списки фирм, поставляющих компоненты схем. (См. «Maxim
New Releases Data Book», 1995, p. 4-150.)
Таблица 7.11. Перечень использованных компонентов и их поставщиков
Метод
производства
Поверхностный
монтаж
Монтаж
в сквозных отверстиях
почетных плат
Дроссели
Sumida
Серия CD54
Coiltronics
Серия СТХ2О
Sumida
Серия RCH855
Серия RCH110
Renco
RL1284-18
Конденсаторы
Matsuo
Серия 267
Sprague
Серия 595D
Sanyo
Серия Os-Con
Nichicon
Серия PL United
Chemi-Con
Серия LXF
Транзисторы
N-канальные
полевые транзисторы
Siliconix
SJ9410DY
Si9420DY
(высоковольтные)
Motorole
MTP3O55EL
MTD20N03HDL
Типа п-р-п
Zetex
2ТХ694В
Диоды
Nihon
ЕС 10
Motorola
1 N5817-1 N5822
MUR115
(высоковольтные)
Примечания к табл.:
1. Coiltronics: США D07) 241-7876. факс D07) 241-9339.
2. Matsuo: США G14) 969-2491. факс G14) 960-6492; Япония 81-6-337-6450. факс 81-6-337-6456.
3. Nichicon: США G08) 843-7500, факс G08) 843-2798.
4. Nihon: США (805) 867-2555. факс (805) 867-2556.
5. Renco: США E16) 586-5566. факс E16) 586-5562.
6. Sanyo: США F19) 661-6835, факс F19) 661-1055; Япония 81-7-2070-1005, факс 81-7-2070-1174.
7. Sumide: США G08) 956-0666, факс G08) 956-0702; Япония 81-3-3607-5111. факс 81-3-3607-5144.
8. United Chemi-Con: США G14) 255-9500. факс G14) 255-9400.
9. Zetex: США E16) 543-7100, факс E16) 864-7630; Великобритания 44-61-627-4963. факс 44-61-627-5467.
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ [ззТ
Рис. 7.76
Эффективный преобразователь 5/12 В без
обратной связи
Примечание к рис. Зависимость выходного на-
пряжения Ufoix om величины опорного напря-
жения UREF и сопротивлений резисторов R1
и R2 выражается соотношением:
7.4.39. Эффективный маломощный преобразователь на 9 В
На рис. 7.77 показан пример включения интегральных микросхем МАХ770/71/72,
обеспечивающих выходное напряжение 9 В при входном напряжении 4 В. Пре-
образователь на этих ИС похож на предыдущий (рис. 7.62), собранный на ИС
МАХ 1771, но его выходная мощность меньше. В табл. 7.11 указаны фирмы, постав-
ляющие компоненты схем. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p. 4-150.)
Рис. 7.77
Эффективный маломощный повышающий
преобразователь 4/9 В
Примечание к рис. Зависимость выходного на-
пряжения ивь1х от величины опорного напря-
жения Ujxp и сопротивлений резисторов R1
и R2 выражается соотношением:
7.4.40. Преобразователь на 12 В с функцией контроля напряжения
На рис. 7.78 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ773,
обеспечивающей выходное напряжение 12 В и имеющей функцию контроля на-
пряжения (или контроля степени разряженности батареи). В табл. 7.12 приведен
разброс значений напряжения UTRIP, а в табл. 7.11 перечислены фирмы, поставля-
ющие компоненты схем. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p. 4-151.)
Таблица 7*12. Значения контролируемого напряжения (UTOP)
Минимальное
10,6 В
Номинальное
11.0 В
Максимальное
11,4 В
Г332] СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Рис 7.78
Повышающий преобразователь 5/12 В
с фиксированным выходным напряжением
Примечание к рис. Зависимость напряже-
ния UTRJP от величины опорного напряжения
Uref u отношение сопротивлений резисторов
Ю и R4 выражается соотношением:
7.4.41. Преобразователь на 24 В
На рис. 7.79 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ773,
обеспечивающей выходное напряжение 24 В и ток нагрузки 30 мА при входном
напряжении 5 В. В табл. 7.11 представлены списки фирм, поставляющих компо-
ненты схем. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p. 4-151.)
Рис 7.79
Повышающий преобразователь 5/24 В
с фиксированным выходным напряжением
Примечание к рис. Зависимость выходного
напряжения ивых от величины опорного на-
пряжения UR?p и сопротивлений резисторов
R1 и R2 выражается соотношением:
7.4.42. Преобразователь на 15 В
На рис. 7.80 приведена схема включения ИС МАХ773, обеспечивающая выходное
напряжение 15 В при входном напряжении 5 В. В данной схеме не использована
компенсационная обратная связь с целью максимального снижения потребления
тока. В табл. 7.11 представлены списки фирм, поставляющих компоненты схем.
(См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p. 4-151.)
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ |333~
Рис 7.80
Повышающий преоброзователь 5/15 В
с фиксированным выходным нопряжением
7.4.43. Преобразователь на 16 В
На рис. 7.81 приведена схема включения ИС МАХ773, обеспечивающая выходное
напряжение 16 В при входном напряжении 5 В. ИС охвачена компенсационной
обратной связью для работы с входными напряжениями менее 5 В. В табл. 7.11
представлены списки фирм, поставляющих компоненты схем. (См. «Maxim New
Releases Data Book», 1995, p. 4-151.)
Рис. 7.81
Повышающий преобразователь 5/16 В
с фиксированным выходным напряжением
Примечание к рис. Зависимость выходного на-
пряжения UBblx от величины опорного напряже-
ния UREF и сопротивлений резисторов R1 и R2
выражается соотношением:
7.4.44. Источник выходного напряжения 100 В
На рис. 7.82 приведена схема включения ИС МАХ773, обеспечивающая выход-
ное напряжение 100 В и ток нагрузки 10 мА при диапазоне входного напряжения
ГззП схемы источников питания
Рис 7.82
Основная схема включения ИС преобразова-
теля МАХ773
Примечание к рис. Зависимость выходною
напряжения UBbK от величины опорного на-
пряжения Ujftp и сопротивлений резисторов
R1 и R2 выражается соотношением:
24-28 В. На рис. 7.83 поясняются расчеты, необходимые для выбора значения со-
противления RnjyHT- Эта величина должна быть такой, чтобы ток 1щунт превы-
шал 1 мА, но был меньше 20 мА. Если рассчитанное значение тока стабилизатора
превышает 20 м А либо ток стабилитрона больше 5 м А и необходимо меньшее зна-
чение тока стабилизатора, нужно использовать схему, показанную на рис. 7.84.
Применение этой схемы позволит увеличить мощность управления и уменьшить
ток стабилитрона при управлении работой N-канальных полевых транзисторов
с большими емкостями затворов. Рекомендуемое значение 1щунт составляет 3 мА,
что обеспечивает требуемый ток смещения схемы, хотя значения тока стабилит-
рона могут быть выше. Следует отметить, что шунтовый стабилизатор не запи-
рается в режиме отключения и продолжает потреблять расчетный ток стабилитрона.
Для предотвращения этого необходимо установить выключатель последователь-
но с шунтовым резистором. В табл. 7.11 приведены списки фирм, поставляющих
компоненты. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1995, p.p. 4-152, 4-154.)
Рис 7.83
Пояснение расчета сопротивления шунта
Примечание к рис. Расчет тока шунта (стабилитрона) 1щуцт
см. в тексте. Расчет сопротивления шунта йщут/7 производит-
ся по следующей формуле:
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ |ззГ
Рис.7.84
Повышающий преобразователь с уменьшенным
током шунта
8. БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Данная глава посвящена схемам источников питания, работающим от батарейных
источников (чаще всего от одного гальванического элемента 1,5 В) и характеризу-
ющихся сверхмалым потреблением. Для этих схем методики проверки и поиска
неисправностей аналогичны процедурам, описанным для соответствующих схем
в других главах данной книги, поэтому здесь они повторно не рассматриваются.
(В этой главе в основном представлены схемы источников питания, методика
проверки и поиска неисправностей для которых приведена в главе 7.) Для тех
случаев, когда возникают сомнения в правомерности использования той или
иной методики проверки, в описаниях схем сделаны специальные оговорки со
ссылками на соответствующие главы. Более подробная информация о микро-
мощных схемах с батарейным питанием приведена в книге J. Lenk «Simplified
Design of Micropower and Battery Circuits», 1996, опубликованной в издательстве
Butterworth-Heinemann.
8.1. Описание микромощных схем с батарейным питанием
8.1.1. Повышающий импульсный стабилизатор
На рис. 8.1 приведена схема включения ИС МАХ630, которую можно использо-
вать в качестве преобразователя постоянного напряжения с выходным напряже-
нием 15 В при токе нагрузки 20 мА. Входное напряжение составляет 2,0-16,5 В,
типичное значение тока потребления - 70 мкА, максимальный ток покоя - 1 мкА,
типичное значение КПД - 85%. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1992, p. 4-49.)
8.1.2. Инвертирующий импульсный стабилизатор
На рис. 8.2 приведена схема включения ИС МАХ634, в которой обеспечиваются
выходные напряжения -5, -9, -12 или -15 В в зависимости от значения сопротив-
ления R1 (см. табл. 8.1). В табл. 8.2 представлен список производителей катушек
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
Рис. 8.1. Схема преобразователя на ИС МАХ630
Рис. 8.2. Схема преобразователя на ИС МАХ634
индуктивности и сердечников. Величина входного напряжения может состав-
лять от +3 до +16,5 В, типичное значение тока потребления - 100 мкА, а КПД -
85%. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1992, p.p. 4-69,4-70.)
Таблица 8.1. Зависимость выходного напряжения от сопротивпения R1
Выходное напряжение, В
-5.0
-9,0
-12,0
-15.0
Сопротивление R1, кОм
300
536
720
900
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Таблица 8.2. Перечень изготовителей моточных изделий
Производитель
Модель
Характеристики
Dale
Caddell-Bums
TRW
IHA-104
6860-19
LL-500
Залитые катушки индуктивности
500 мкГн, 0.5 Ом
330 мкГн, 0.33 Ом
500 мкГн. 0.75 Ом
Герметизированные катушки индуктивности на тороидальных сердечниках
Dale TE-3Q4TA 1 мГн. 0.82 Ом
TRW МН-1 600 мкГн, 1,9 Ом
Torotel Prod. PT 53-18 500 мкГк. 5 Ом
Ферритовые и тороидальные сердечники
Allen Bradley TO451S10ОА Тороидальный сердечник 500 нГн/Р
Siemens B64290-K38-X38 Тороидальный сердечник 4 мкГн/Р
Magnetics 555130 Тороидальный сердечник 53 нГн/Т2
Stackpde 57-3215 Броневой сердечник 14 х 18 мм
Magnetics G-41408-25 Броневой сердечник 14 х 8 250 нГн/Р
Примечание к табл. Этот перечень не является официально рекомендуемым фирмой Maxim Integrated
Products и не содержит исчерпывающую информацию о производителях данных элементов.
8.1.3. Микромощный стабилизатор напряжения
На рис. 8.3 приведена схема включения ИС МАХ663, где выходное напряжение
+5 В и ток 40 мА обеспечиваются от батареи 9 В. Максимальное значение тока
покоя равно 12 мкА. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1992, p. 4-125.)
Рис. 8.3. Микромощный стабилизатор напряжения на ИС МАХ663
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхем соответствует виду сверху.
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
8.1.4. Стабилизатор +5 В с малым падением напряжения
На рис. 8.4 приведена схема включения И С МАХ667, в которой обеспечивается
фиксированное выходное напряжение +5 В. В схеме использовано минимальное
количество компонентов, входное напряжение может составлять от +3,5 до +16,5 В.
Типичные значения тока покоя в номинальном режиме равно 20 мкА, в режиме
отключения - 0,2 мкА. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1992, p. 4-137.)
Рис 8.4
Схема стабилизатора на ИС МАХ667
Примечание к рис. Величина емкости конден-
сатора С1 определяется соотношением:
100мкФх1оиг[мА]
С1 ~ 250 мА
и должна быть не меньше 10 мкФ.
8.1.5. Регулируемый стабилизатор с малым падением напряжения
На рис. 8.5 приведена схема включения ИС МАХ667, которая обеспечивает выход-
ное напряжение от +1,3 до +16 В. В схеме также предусмотрена функция контроля
Рис 8.5
Схема регулируемого стабилизатора на
ИСМАХ667
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Рис 8.6
Стабилизатор на ИС МАХ667 со сниженным
током покоя
разряда батареи. Если принять, что сопротивление R1 = 1 МОм, то необходимое
значение выходного напряжения задается резистором R2, величина которого опре-
деляется по формуле: R2 = Rl (UBbIX/ VSET - 1), где VSET - 1,225 В. При величи-
не сопротивления резистора R4, равной 2,4 МОм, выбор необходимого порогово-
го значения разряда батареи производится подбором величины сопротивления R3
в соответствии с выражением: R3 « R4 (VBATT/ VLBI - 1), где VBATT - порого-
вое значение детектора уровня разряда батареи, a R3 и R4 - резисторы входного
делителя LBI. Например, при величине выходного напряжения UBbIX =* 5 В порого-
вое значение напряжения разряда батареи, равное 5,5 В, можно установить, исполь-
зуя сопротивление 8,2 МОм для резистора R3 и 2,4 МОм для резистора R4. (См.
«Maxim New Releases Data Book», 1992, p. 4-137.)
8.1.6. Уменьшение тока покоя
Схема, приведенная на рис. 8.6, показывает, каким образом в режиме холостого
хода (отсутствия нагрузки) ток покоя интегральной микросхемы МАХ667
(см. рис. 8.4 и 8.5) можно снизить примерно до 160 мкА. Нужно иметь в виду, что
эта схема увеличивает падение напряжения приблизительно на 0,1 В. (См. «Maxim
New Releases Data Book», 1992, p. 4-138.)
8.1.7. Снижение минимального тока покоя
Схема на рис. 8.7 показывает, как дополнительно уменьшить ток покоя в режиме
отсутствия нагрузки для интегральной микросхемы МАХ667 (см. рис. 8.4 и 8.5)
по сравнению со схемой, приведенной на рис. 8.6. (См. «Maxim New Releases Data
Boob, 1992, p. 4-138.)
8.1.8. Эффективный понижающий стабилизатор напряжения +5 В
На рис. 8.8 показана схема включения ИС МАХ639, которая обеспечивает выход-
ное напряжение +5 В при токе нагрузки 100 мА. Входное напряжение может со-
ставлять от +5,5 до +11,5 В. Максимальный ток покоя - 20 мкА, типичное значение
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
Рис. 8.7
Стабилизатор с уменьшенным током покоя
Рис. 8.8. Схема понижающего стабилизаторо на ИС МАХ639
Примечание к рис. Входной развязывающий конденсатор должен располагаться на расстоянии не
более 1 см от вывода V+ (вывод 6 интегральной микросхемы). Если же раэвязывающй конденсатор
расположен на большем расстоянии, то на расстоянии менее 1 см от вывода V+ должен быть уста-
новлен высокочастотный керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Маркировка выводов мик-
росхемы приведена для вида сверху. ИС выполнена в плоском корпусе с двухрядным расположением
восьми выводов (DIP-корпус) или в малогабаритном корпусе (SO-корпус).
падения напряжения - 0,5 В (при токе нагрузки 100 мА), а КПД превышает 90%.
(См. «Maxim High Reliability Data Book», 1993, p. 4-31.)
8.1.9. Низковольтный повышающий преобразователь
На рис. 8.9 приведена схема включения ИС МАХ654, которая при входном напря-
жении 1,5 В (один гальванический элемент) обеспечивает выходное напряжение
+5 В и ток нагрузки 40 мА. Минимальное входное напряжение, гарантирующее
работоспособность, равно 1,15 В. Ток покоя в режиме отключения составляет 80 мкА.
(См. «Maxim High Reliability Data Book», 1993, p. 4-37.)
8.1.10. Повышающий преобразователь напряжения на 3,3/5 В
На рис. 8.10 приведена схема включения ИС МАХ756, которая обеспечивает вы-
ходное напряжение 5 В и ток нагрузки 200 мА либо выходное напряжение 3,3 В
и ток нагрузки 300 мА (в зависимости от сигнала 3/5 на выводе 2). При этом
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Рис 8.9
Схема повышающего преобразователя
наИСМАХ654
Рис. 8.10. Схема повышающего преобразователя на ИСМАХ756
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхемы соответствует виду сверху. ИС выполняется
в плоском корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (DIP-корпус) или в малогабаритном
корпусе (SO-корпус).
значение входного напряжения составляет от 1,1 до 5,5 В, ток покоя - 60 мкА,
ток в режиме отключения - 20 мкА, а КПД - 87% (для тока нагрузки 200 мА). (См.
«Maxim New Releases Data Book», 1994, p. 4-173.)
8.1.11. Регулируемый повышающий преобразователь
На рис. 8.11 приведена схема включения ИС МАХ757, которая обеспечивает ре-
гулируемое выходное напряжение 2,7-5,5 В и имеет функцию контроля разряда
батареи. В табл. 8.3 представлен список поставщиков компонентов. При исполь-
зовании резистора R2 с сопротивлением 100 кОм значение выходного напряже-
ния определяется сопротивлением резистора R1:
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
где UREF - 1,25 В. (См. «Maxim New Releases Data Book», 1994, p. 4-178.)
Таблица 8.3. Поставщики компонентов к ИС МАХ757
Метод производства
Поверхностный монтаж
Миниатюрные для монтажа
в сквозных отверстиях
печатных плат
Для монтажа
в сквозных отверстиях
недорогих печатных плат
Дроссели
Sumida
CD54-220 B2 мкГн)
Coiltronics
СТХ20-1
Sumida
RCH654-220
Renco
RL 1284-22
Coilcratt
PCH-27-223
Конденсаторы
Matsuo
серия 267
Sanyo
серия Os-Con
органические полупроводники
с низким значением ЭПС
Maxim
МАХС00 1150мкФ
электролитические
с низким значением ЭПС
Nichicon
серия PL
электролитические
с низким значением ЭПС
United Chemi-Con
серия LXF
Примечания к табл.:
1. Collcraft (США): G08) 639-6400.
2. Coiltronics (США): C05) 781 -8900.
3. Matsuo - США: G14) 969-6291, факс G14) 960-6492; Япония: @6) 332-0871.
4. Nichicon (США): G08) 843-7500. факс G08) 843-2798.
5. Renco (США): E16) 586-5566, факс E16) 586-5562.
6. Sanyo Os-Con USA - США: F19) 661-6835; Япония: @720) 70-1005, факс @720) 70-1174.
7. Sumida - США: G08) 956-0666; Япония: @3) 3607-5111. факс @3) 3607-5428.
8. United Chemi-Con (США): G0В) 696 2000, факс G08) 640-6311.
Рис. 8.11
Схема регулируемого повышающего
преобразовотеля
При сопротивлении резистора R4, равном 100 кОм, сопротивление R3 для за-
данного порогового значения разряда батареи определяется по формуле:
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
8.1.12. Стабилизатор/зарядное устройство
для четырех никель-кадмиевых аккумуляторов
На рис. 8.12 приведена схема включения драйвера на мощных МОП транзисторах
на базе управляющей работой четырех аккумуляторов ИС LTC1155. Эта схема
имеет напряжение питания 5 В, не использует дополнительные элементы и спо-
собна подавать управляющее напряжение 12 В на затворы двух n-канальных сило-
вых МОП транзисторов. Ее можно применять в источниках питания портативных
компьютеров. (Батарея из четырех никель-кадмиевых аккумуляторов обеспечива-
ет питание напряжением 5 В.) Транзисторы Q3 и Q4 должны иметь теплоотводы.
Стабилизатор отключается микропроцессором при снижении напряжения на бло-
ке аккумуляторов ниже 4,6 В. Ток стабилизатора напряжением 5 В и ток нагрузки
2 А в ждущем режиме составляет менее 10 мкА. Стабилизатор снова включается
после возрастания напряжения аккумуляторов в процессе их заряда. (См. «Linear
Technology», Design Note 51, p. 1.)
Рис. 8.12. Схема стабилизатара/зарядного устройства на ИС LTC1155
8.1.13. Термочувствительное зарядное устройство
для никель-кадмиевых аккумуляторов
На рис. 8.13 приведена простая схема термочувствительного зарядного устройства
для никель-кадмиевых аккумуляторов, а на рис. 8.14 - зарядные характеристики.
Термопары воспринимают одновременно температуру заряжаемых элементов
и окружающей среды. Интегральная микросхема А1 обеспечивает необходимое
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
Рис 8.13
Схема термочувствительного зарядного
устройства
Примечание к рис. В схеме используются
термопары типа К (НО мкВ/°С). Подстро-
енный потенциометр может быть исключен
(см. текст). Все заземленные точки необхо-
димо соединить непосредственно с источни-
ком (см. текст). Сопротивление 250 мкОм
(ШУНТ) изготовлено из провода диаметром
2,053 мм (калибр #12) и длиной 4^7 мм.
усиление для сигнала термопар, имеющего микровольтный уровень. Потенцио-
метр сопротивлением 10 кОм подстраивает необходимый уровень смещения нуля,
обеспечивая положительное выходное напряжение, достаточное для включения
транзистора. На рис. 8.15 показан простой способ изготовления недорогого низко-
омного шунта с использованием провода небольшой длины или дорожки печатной
платы. Сопротивление шунта зависит от типа и длины используемого проводни-
ка. Меняя его значения, можно установить требуемые характеристики заряда.
В табл. 8.4 представлены зависимости сопротивления от длины проводов различ-
ных диаметров, а также некоторые особенности шунтов, выполненных с примене-
нием провода или печатного проводника. Такой шунт должен иметь отдельные
контакты для измерений (по схеме Кельвина), чтобы большие токи не влияли на
результат. (См. «Linear Technology», Application Note 37, p. 4.)
Рис. 8.14. Зависимость зарядного тока от
времени заряда
Рис. 8.15. Схема подключения низкоомного
шунта к термочувствительному зарядному
устройству
8.1.14. Зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов
На рис. 8.16 представлено термочувствительное зарядное устройство батареи ни-
кель-кадмиевых аккумуляторов, подключенной к «земле». Транзистор включен по
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Таблица 8.4. Зависимость сопротивления проводов от их длины и калибра
Стандартный калибр Диаметр, мм
Удельное сопротивление, мкОм/см
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
2.59
2,3
2.05
1,83
1.63
1.45
1,29
1,15
1.02
0.91
0,81
0,72
0.64
0.54
0.51
0,455
32,7
39,4
51.2
63
82,7
104,3
131,9
165,7
208,7
263.8
350,4
393,7
511.8
826.8
1063
Рис 8.16
Схема термочувствительного зарядного
устройства с заземлением батареи
Примечание к рис. Подстроенный по-
тенциометр может быть исключен.
Все заземленные точки необходимо со-
единить пппвпЛииками непосредствен-
но с источником питания. Используют-
ся термопары типа К (-40 мкВ/*С)
Сопротивление 250 мкОм изготовлено
из провода диаметром 2,053 мм (ка-
либр #12) и длиной 4,57 мм.
схеме с общим эмиттером, следовательно, входные сигналы интегральной микро-
схемы А1 инвертированы. Тем не менее схемы, приведенные на рис. 8.13 и 8.16,
работают одинаково. Необходимо учесть, что в обоих случаях подстроенный по-
тенциометр можно исключить, если в интегральной микросхеме LT1006 (при ее
заказе изготовителю) будет задан требуемый уровень напряжения смещения нуля.
Все соединения с «землей» должны быть выполнены особенно внимательно и ка-
чественно; провода с нулевым потенциалом следует выводить и подсоединять
непосредственно к общему выводу источника питания. (См. «Linear Technology»,
Application Note 37, p. 2.)
8.1.15. Переключаемое термочувствительное зарядное устройство
На рис. 8.17 представлена схема термочувствительного зарядного устройства для
никель-кадмиевых аккумуляторов, работающего в режиме переключения. В схемах,
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ [347~
Рис. 8.17. Схема переключаемого термочувствительного зарядного устройства
Примечание к рис. Подстроенный потенциометр может быть исключен (см. выше). Все заземлен-
ные точки необходимо соединять проводниками непосредственно с источником питания. Использу-
ются термопары типа К (~40 мкВ/'С).
приведенных на рис. 8.13 и 8.16, транзистор рассеивает некоторую мощность, что
создает определенные проблемы в случае очень малых объемов для монтажа, ха-
рактерных для микромощных схем. Работа схемы, изображенной на рис. 8.17, ос-
нована на возможности внутреннего сопротивления трансформатора ограничи-
вать ток, проходящий через Q1 и батарею аккумуляторов. Полное сопротивление
источника питания можно задать при выборе трансформатора. (См. «Linear Tech-
nology», Application Note 37, p. 3.)
8.1.16. Термочувствительное зарядное устройство для
никель-кадмиевых аккумуляторов с низкоомный источником заряда
На рис. 8.18 приведена схема зарядного устройства, в которой источник имеет
малое значение полного сопротивления. Выход в данной схеме представляет со-
бой понижающий импульсный стабилизатор. Микросхема 74С04 обеспечивает
инверсию фазы и управление Q1 - р-канальным МОП транзистором. (См. «Linear
Technology», Application Note 37, p. 4.)
8.1.17. Контроллер ускоренного заряда аккумуляторов NiCd/NiMH
На рис. 8.19 приведена схема использования ИС МАХ713 в качестве устройства
для быстрого заряда током 1 А двух аккумуляторов. Изменяя значения сопро-
тивления Rsense и соединений PGM0-PGM3 (как указано в справочной доку-
ментации на И С), можно повысить зарядные токи и увеличить количество за-
ряжаемых аккумуляторов. На рис. 8.20 представлена маркировка выводов, а на
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Рис. 8.18. Схемд зарядного устройства для источника с низким полным сопротивлением
Примечание к рис. Подстроенный потенциометр может быть исключен. Все заземленные точки
необходимо соединить проводниками непосредственно с источником питания. Все шесть элементов
микросхемы 74С04 должны быть включены параллельно. Дроссель 11 фирмы Pulse Engineering # РЕ-
92105. Используются термопары типа К (-40 мкВ/'С).
Рис. 8.19. Схема контроллера ускоренного заряда
аккумуляторов
Рис 8.20. Расположение
и назначение выводов ИМС
МАХ712/713
Примечание к рис. Марки-
ровка выводов микросхемы
соответствует виду сверху.
Интегральные микросхемы
выполнены в плоском корпу-
се с двухрядным расположе-
нием выводов (DIP-корпус)
или в малогабаритном кор-
пусе (SO-корпус).
рис. 8.21 - осциллограммы напряжений в схеме. Необходимо учесть, что схема на
рис. 8.19 не может обслуживать нагрузку в процессе заряда. Как правило, она
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ Пдо]
используется вместе с сетевым адаптером, преобразующим переменный ток в по-
стоянный. Этот адаптер содержит трансформатор, мостовой выпрямитель и кон-
денсатор, выполнен в виде компактного блока и вставляется в сетевую розетку. На
рис. 8.22-8.24 даны характеристики трех таких преобразователей, имеющихся на
потребительском рынке. Выбирая сетевой адаптер, необходимо быть уверенным,
что при максимальном снижении напряжения преобразователя во время быстро-
го заряда уровень выходного напряжения адаптера все-таки будет превышать мак-
симальное значение напряжения аккумуляторов как минимум на 1 В. На рис. 8.25
приведена схема управления прекращением заряда с помощью термисторов, име-
ющих отрицательный температурный коэффициент (NTC). В качестве Т1 и Т2 не-
обходимо использовать однотипные термисторы одного номинала, чтобы полу-
чить одинаковое изменение их сопротивлений во всем температурном диапазоне.
Напряжение на выводе TEMP составляет 1 В (относительно вывода ВАТТ-),
когда температура аккумуляторов равна температуре окружающей среды. Не-
которые типы аккумуляторных блоков выпускаются со встроенным термистором,
подключенным к отрицательному выводу блока аккумуляторов. В этом случае
надо воспользоваться схемой, представленной на рис. 8.26. Термисторы Т2 и ТЗ
можно заменить обычными стандартными резисторами, если приемлем абсолют-
ный температурный предел прекращения заряда.
Рис. 8.21. Осциллограммы напряжений в схеме
контроллера
Рис. 8.22. Зависимость
выходного напряжения сетевого
адаптера от тока нагрузки -
сетевой адаптер АС-190 фирмы
Sony (9 В постоянного тока,
800 мА) для радиоприемников
Когда входное напряжение (UBX пост) отключено, абсолютное максимальное
входное напряжение на выводе ВАТГ+ должно ограничиваться внешними элемен-
тами схемы, как показано на рис. 8.27. При использовании батареи имеются неко-
торые потери на резисторе RSense- ^ни М0ГУт быть значительными только в том
случае, когда сопротивление Rsense намного больше внутреннего сопротивления
аккумуляторного блока. Схему, приведенную на рис. 8.28, можно использовать
для шунтирования RSEnse в тсх случаях, когда питание зарядного устройства от-
ключено. На рис. 8.29 показана схема, позволяющая с помощью выходов логического
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Рис 8.24. Зависимость
выходного напряжения сетевого
адаптера от тока нагрузки -
сетевой адаптер КХ-А11 фирмы
Panasonic A2B постоянного
тока, 500 мА)
Рис 8.25
Схема термисторного управления прекраще-
нием заряда
Примечание к рис. Если допустимо пре*.;-.
щение заряда по предельной абсолютной пи*
пературе, термисторы Т2иТЗ можно зам-
нить стандартными резисторами.
Рис 8.26
Вариант схемы управления прекращением
заряда для встроенных термисторов
Примечание к рис. В случае, если допустим
прекращение заряда по предельной абсолюп
ной температуре, Т2 и ТЗ можно заменит* ¦
стандартными резисторами.
Рис 8.23. Зависимость
выходного напряжения сетевого
адаптера от тока нагрузки -
сетевой адаптер AC-96N фирмы
Sony (9 В постоянного тока,
600 мА) для проигрывателей
компакт-дисков
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ ГЩ"
Рис 8.27. Ограничение максимального входного
напряжения на выводе ВАТТ+
•Земля»
Рис. 8.28. Шунтирование Rj^ при
отключении питания зарядного устройства
Примечание к рис. * - п-канальный сило-
вой полевой МОП транзистор с низким
R0N-
уровня определить режим работы зарядного устройства, а на рис. 8.30 - схема уп-
равления светодиодами, индицирующими режимы работы зарядного устройства.
(См. «Maxim New Releases Data Book», 1994, p.p. 4-60-4-64.)
Рис 8.30. Индикация режима работы
зарядного устройства светодиодами
8.1.18. Зарядное устройство с линейным стабилизатором
На рис. 8.31 представлена схема использования ИС МАХ713 в устройстве ускорен-
ного заряда (с линейной стабилизацией) никель-кадмиевых и никель-металлогид-
ридных аккумуляторов. Здесь решены две взаимосвязанные проблемы, которые
имеют место в портативных источниках питания, - переключение с батарейного
питания на сетевое при включении внешнего сетевого адаптера в розетку и заряд ак-
кумуляторов. ИС МАХ713 обеспечивает ток питания системы одновременно с заря-
дом аккумуляторов, контролируя и стабилизируя ток аккумулятора. На рис. 8.32 по-
казана рабочая область схемы. ИС МАХ713 должна быть запрограммирована на
требуемое количество аккумуляторов и время заряда посредством перемычек,
как указано в технической документации. (См. «Maxim Battery Management Cir-
cuit Collection», 1994, p. 2.)
Рис 8.29. Определение режима работы
зарядного устройства
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Рис 8.31
Устройство ускоренного заряда
с линейной стабилизацией
Примечание к рис. Дополнитель-
ные межвыводные соединения для
задания количества и времени
заряда аккумуляторов (PGM0 -
PGM3) представлены в техничес-
ких описаниях интегральных ми-
кросхем МАХ713/МАХ712.
8.1.19. Источник питания флуоресцентных ламп подсветки
На рис. 8.33 приведена схема использования ИС МАХ752 в качестве источника
питания для флуоресцентных (люминесцентных) ламп с холодным катодом. Та-
кие лампы требуют высоковольтного питания переменным напряжением от от-
дельного источника. Это связано с тем, что источник питания лампы физически
должен находиться рядом с табло (для снижения потерь из-за емкости кабеля).
Как правило, флуоресцентная лампа с холодным катодом потребляет около 2 Вт
от источника переменного тока с напряжением 400 В для зажигания дуги и вклю-
чения лампы (при этом в момент включения лампы источник должен иметь на-
пряжение около 1200 В). В рассматриваемой схеме ИС МАХ752 действует как
импульсный стабилизатор тока, питающего оконечный каскад классического ге-
нераторного преобразователя Роера. Схема Роера управляет трансформатором
C3:1), который повышает напряжение до высоковольтного (порядка 1200 В). Ем-
кость конденсатора С2 и индуктивность первичной обмотки трансформатора об-
разуют резонансный контур, вырабатывающий для лампы синусоидальный управ-
ляющий сигнал с низким значением электромагнитных помех. Пульсирующий
сигнал, пропорциональный току лампы, после однополупериодного выпрямления
Рис 8.32
Зависимость разности входного и выходного напряжений
от суммарного тока заряда и нагрузки
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
Рис 8.33
Схема источника питания для люминесцент-
ных ламп подсветки
Примечание к рис.
Т1 - SLMIDA 6345-020 или COILTRONICS
СТХ110092-1.
U - COILTROMCS СТХ100-4.
С2 - WIMA FKP2 (с низкими потерями).
подастся на вход обратной связи 11С МАХ752. Это поддерживает ток флуоресцен-
тной лампы на постоянном уровне. Требуемая яркость фоновой подсветки табло
устанавливается резистором R2. (См. «Maxim Engineering Journal», vol. 3,1994, p. 51.)
8.1.20. Комбинированный источник питания ЖК дисплея
На рис. 8.34 приведена схема включения ИС МАХ753, в которой обеспечивается
как фоновая подсветка, так и контрастность ЖК дисплея. Постоянное напряже-
ние контрастности от -12 до -24 В вырабатывается при совместной работе мощ-
ного стабилизатора и схемы перекачивания заряда, управляемых внутренним пя-
тиразрядным ЦАП, что обеспечивает микропроцессорное управление яркостью.
Схема работает при входных напряжениях 6-20 В, ток покоя составляет 3 мА,
выходная мощность - 3 Вт. (См. «Maxim Engineering Journal», vol. 3,1994, p. 53.)
8.1.21. Источник питания ЖК дисплея с цифровой подстройкой
На рис. 8.35 приведена схема включения ИС М АХ749 в качестве источника пита-
ния цепи регулировки контрастности ЖК дисплея с цифровой подстройкой отри-
цательного выходного напряжения. На рис. 8.36 представлена зависимость КПД
от тока нагрузки. ИС имеет внутренний пятиразрядный ЦАП, который под-
страивает напряжение питания ЖК дисплея (в пределах значений от одной
трети до полномасштабного) с помощью последовательного интерфейса. При
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Рис 8.34. Схема комбинированного источника питания ЖК дисплея
Примечание к рис. Для приведенных на схеме элементов входное напряжение батареи может со-
ставлять 8,5-16 В. Элементы схемы для подстройки контрастности ЖК дисплея и флуоресцент-
ной лампы с холодным катодом необязательны.
этом не требуются подстроенные потенциометры. Схема работает при входных на-
пряжениях 2-6 В, ток покоя составляет 310 мкА, выходной ток может достигать
25 мА. (См. «Maxim Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 46.)
8.1.22. Источник отрицательного напряжения для ЖК дисплея
На рис. 8.37 приведена схема включения ИС МАХ759 в качестве источника пита-
ния цепи регулировки контрастности ЖК дисплея с выходным напряжением -24 В,
использующего автотрансформатор. На рис. 8.38 показана зависимость КПД от
тока нагрузки. ИС имеет встроенный р-канальный МОП транзистор с малым зна-
чением насыщения. Использование автотрансформатора сглаживает импульсные
токи с высокими пиками и снижает импульсное напряжение на переключающем
транзисторе. Схема работает при входных напряжениях 4-6 В (максимальное зна-
чение разности между входным и выходным напряжениями - 30 В), ток покоя схе-
мы составляет 3,7 мА, выходной ток может достигать 50 мА. L1 при монтаже нужно
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
Рис. 8.35. Схема источника питания ЖК дисплея
с цифровой подстройкой
Рис. 8.36. Зависимость КПД схемы от
Примечание к рис. L1 - SUMIDA CD54-470. Q1 - ZETEXZIX750 тока нагрузки
Рис 8.37
Схема источника питания ЖК дисплея на
ИС МАХ759
Примечание к рис. ИС выключается при
напряжении на выводе 2 менее 0J25 В; вклю-
чается при напряжении, которое превыша-
ет величину (UBX - 05 В).
располагать как можно ближе к ИС для снижения индуктивной составляющей
сопротивления проводника печатной платы, подключенного к выводу Lx. (См.
«Maxim Battery Management-Circuit Collection», 1994, p.p. 47-48.)
8.1.23. Микромощный источник питания ЖК дисплея
На рис 8.39 приведена схема включения ИС МАХ634 в качестве микромощного
источника питания цепи регулировки контрастности ЖК дисплея, имеющего вы-
ходное напряжение, регулируемое в диапазоне -5...-15 В. На рис. 8.40 показана за-
висимость КПД от тока нагрузки. Эта схема источника питания в основном пригод-
на для использования в небольших мультиплексируемых ЖК дисплеях, например
в телефонах сотовой связи. Схема работает при входных напряжениях 4-6 В (макси-
мальное значение разности между входным и выходным напряжениями составляет
C5б1 БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Рис 8.38
Зависимость КПД схемы от тока нагрузки
Рис. 8.39
Схема микромощного источника питания
ЖК дисплея
Примечание к рис. Выключение проис-
ходит при напряжении выше ЗВ, вклю-
чение - при напряжении менее 02 В.
24 В), ток покоя равен 500 мкА, выходной ток может достигать 10 мА. На рис. 8.41
представлена схема, в которой увеличение максимальной разности между входным
и выходным напряжениями достигается путем замены дросселя автотрансформа-
тором. (См. «Maxim Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 48.)
Рис. 8.40. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
Рис. 8.41. Схема с максимальной разностью между
входным и выходным напряжениями
Примечание к рис. В трансформаторе Т1 отно-
шение количества витков в обмотках составляет
А:В - 3:1 или более. Индуктивность первичной об-
мотки (В) равна 220 мкГн при токе 400 мА.
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ \Щ]
8.1.24. Источник питания ЖК дисплея с перекачиванием заряда
На рис. 8.42 приведена схема включения ИС МАХ634 в качестве источника пита-
ния цепи регулировки контрастности ЖК дисплея, в котором для повышения
эффективности использован принцип перекачивания заряда. На рис. 8.43 показа-
на зависимость КПД от тока нагрузки. Применение данной схемы особенно целе-
сообразно в случае работы источника питания ЖК дисплея непосредственно от ба-
тареи, поскольку в ней импульсный стабилизатор усиливает входное напряжение
до более высокого положительного выходного напряжения, а отрицательное выход-
ное напряжение образуется при перекачивании заряда с помощью переключающего
узла. Схема работает при входном напряжении 4-16 В D-8 элементов), потребляет
ток 330 мкА в режиме покоя и обеспечивает выходной ток до 30 мА. Необязатель-
ное подключение D1 (на схеме показано пунктирной линией) используется, когда
напряжение батареи превышает абсолютное значение выходного напряжения. Если
такая возможность полностью исключена, следует соединить D1 с «землей». (См.
«Maxim Battery Management Circuit Collection» 1994, p.p. 49,50.)
Рис. 8.42. Схема источника питания ЖК дисплея с перекачиванием заряда
Примечание к рис. ИС выключается, когда напряжение на выводе 3 превышает ЗВ.и включается
при напряжении менее 0,2 В. Если в качестве D1 uD2 применяются диоды 1N5819, КПД составляет
89%, а при использовании 1N4148 - 80%. В качестве дросселя L1 рекомендуется применять
CoUtronics CTX100-4 (подключение 7 или 8 гальванических элементов на входе) либо Sumida CDR-74
или CoUtronics CTX100-2 (подключение на входе 6 гальванических элементов).
8.1.25. Источник для цепи регулировки контрастности цветного ЖК дисплея
На рис. 8.44 приведена схема включения ИС МАХ641 в качестве источника пита-
ния цепи регулировки контрастности ЖК дисплея с положительным выходным
напряжением 26-38 В (для цветных дисплеев). На рис. 8.45 показана зависимость
КПД от тока нагрузки. Схема работает при входном напряжении 4,5-15 В E-8
элементов), потребляет ток 550 мкА в режиме покоя (входное напряжение - 5 В
и выходное - 26 В) либо 1 мА (входное напряжение - 9,6 В и выходное - 38 В)
и способна обеспечить выходной ток до 30 мА. Нестабильность выходного тока
[358] БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
и -сшммкзсгам или серии sumgacd-ios
Рис. 8.44. Схема источника питания цветного ЖК дисплея
Примечание к рис. Напряжение выключения - менее 0,4 В; напряжение включения превышает 1 В. Пи
ктирной линией на схеме обведена схема отключения, которая может использоваться дополнитель.
стабилизированного источника при изменении нагрузки составляет 0,06%/мА
нестабильность выходного напряжения - 0,16%/В, уровень выходного шума -
200 мВ от пика до пика. Диапазон входных напряжений делает схему пригодно!
для использования входного стабилизированного напряжения +5 В либо дл-
непосредственного питания от батарей. При входных напряжениях более 7 г
100
Рис 8.45
Зависимость КПД схемы оттока нагрузки
Рис 8.43
Зависимость КПД схемы оттока нагрузки
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
необходимо применить дроссель с индуктивностью 100 мкГн (фирмы Coiltronics
СТХ100-4) для снижения шумов и пульсаций на выходе. (См. «Maxim Battery
Management Circuit Collection», 1994, p. 50.)
8.1.26. Сдвоенный драйвер, переключающий повышенные напряжения
На рис. 8.46 приведена схема включения ИС LTC1155 в качестве драйвера тран-
зисторных МОП переключателей, подсоединенного к выводам с повышенным на-
пряжением (см. главу 2). Питаясь от источника с напряжением 5 В, схема выраба-
тывает напряжение 12 В, достаточное для полного открывания n-канальных МОП
транзисторов. При этом не требуются внешние компоненты. Типичное значение
потребляемого схемой тока составляет 85 мкА при полном открывании транзис-
торов и 8 мкА при переводе ИС LTC1155 в режим ожидания (оба входа выключе-
ны). Такая комбинация n-канальных МОП переключателей с малым палением на-
пряжения и микромощного драйвера - очень эффективное средство управления
мощностью при комплексных нагрузках. Эффективность переключения на уровне
99% - явление обычное. (См. «Linear Technology», Application Note 53, p. 1.)
Рис 8.46
Схема сдвоенного драйвера на повышенные
напряжения
8.1.27. Сдвоенный переключающий драйвер повышенного напряжения
На рис. 8.47 показан вариант включения интегральной микросхемы LTC1155
в качестве переключающего драйвера для напряжений, превышающих 9 В. Эта
схема аналогична предыдущей (см. рис. 8.46), за исключением дополнительных
стабилитронов. (См. «Linear Technology», Application Note 53, p. 2.)
Рис. 8.47
Схема сдвоенного драйвера-
коммутатора повышенного
напряжения
Примечание к рис. В качестве
стабилитронов, отмеченных
звездочкой, для монтажа в от-
верстия печатных плат (на-
весного) следует использовать
1N5242B, для поверхностного
монтажа - MMBZ5242B.
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
8.1.28. Снижение влияния бросков тока при высокоемкостных нагрузках
На рис. 8.48 приводится схема, которую применяют для снижения максимальной
выходного тока в схемах, изображенных на рис. 8.46 и 8.47. В устройствах, исполь-
зующих батарейное питание, схемы источников часто шунтируются конденсаторов^
большой емкости для уменьшения переходных процессов. Такие конденсаторы
фильтров при включении могут потреблять большой ток. Например, показанная
нагрузка емкостью 100 мкФ в состоянии вызвать пусковой ток 10 А (уровень, зна-
чительно превосходящий возможности стабилизатора) и, вполне вероятно, исклю-
чить возможность запуска. Схема, представленная на рис. 8.48, снижает пусковог
ток примерно до 15 мА. (См. «Linear Technology», Application Note 53, p. 3.)
Рис 8.48
Схема ограничения максимального
выходного тока при емкостной нагрузке
8.1.29. Контроллеры двунаправленных МОП переключателей
На рис. 8.49 приведена схема ручного двунаправленного переключателя, а на
рис. 8.50 - автоматического. Подобные схемы применяются в тех случаях, когда
напряжение источника питания может быть выше или ниже напряжения на нагруз-
ке при питании от вспомогательного источника. В схеме, показанной на рис. 8.49,
выключатель S1 отключает батарею и от нагрузки, и от источника, когда подается
входное напряжение UBX (от сетевого источника питания). При этом напряжение
нагрузки может быть выше или ниже напряжения батареи, без принудительного
прохождения тока в батарею или из нее. В более практичной автоматической схеме
на рис. 8.50 транзисторы Q1 и Q2 полностью отключают батарею от нагрузки, как
только на схему подается входное напряжение UBX от сетевого источника пита-
ния. Два встречно включенных диода в цепи затворов Q1 и Q2 препятствуют
Рис 8.49
Схема ручного двунаправленного переключателя
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
Рис. 8.50. Схема автоматического двунаправленного МОП переключателя
протеканию тока через выключатель при отсутствии управляющего напряжения
на затворе.
Вход EN (разрешающий) ИС LTC1154 следит, чтобы напряжение сетевого адап-
тера превышало 3 В, и инвертирует действие выключателя так, что Q1/Q2 под-
ключают батарею к нагрузке при отключении сетевого источника питания. (См.
«Linear Technology», Application Note 53, p. 3.)
8.1.30. Переключающий драйвер для напряжений 18-28 В
На рис. 8.51 приведена схема включения ИС LTC1155 в качестве переключающе-
го драйвера для напряжений 18-28 В, хотя семейство ИС LTC1154/55/56 первона-
чально разрабатывалось для работы в диапазоне напряжений 4,5-18 В. На выводе
питания Vs установлено напряжение 18 В. Эти драйверы, как правило, вырабатыва-
ют управляющее напряжение 36 В при напряжении питания 18 В. Оно полностью
открывает n-канальные транзисторные МОП переключатели, работающие в диа-
пазоне 18-28 В. В схему добавлены стабилитроны, смещающие потенциал на 12 В,
что гарантированно предотвращает превышение максимально допустимых значе-
ний напряжения VGS МОП транзисторов. (См. «Linear Technology», Application
Note 53, p. 4.)
Рис. 8.51
Схема драйвера-коммутатора
напряжений 18-28 В
Примечание к рис. В качестве
стабилитронов, отмеченных
звездочкой, для навесного мон-
тажа следует использовать
1N5242B. для поверхностного
монтажа - MMBZ5242B.
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
8.1.31. Экономичный переключающий драйвер напряжений 18-28 В
На рис. 8.52 приведена схема включения ИС LTC1155 в качестве переключающе-
го драйвера, обладающего сверхмалым потреблением в ждущем режиме. Данная
схема похожа на предыдущую (см. рис. 8.51), но в ней сопротивление резистора
R1 увеличено до 330 кОм и добавлена компенсирующая цепь R2D2. Эти измене-
ния уменьшают ток покоя до значений менее 30 мкА, который увеличивается толь-
ко после срабатывания переключателей и опять спадает до 30 мкА после выключе-
ния и перехода ИС LTC1155 в ждущий режим. (См. «LinearTechnology», Application
Note 53, p. 4.)
Рис 8.52
Схема экономичного драйвера-коммутато-
ра напряжений 18-28 В
8.1.32. Управление питанием портативного компьютера
На рис. 8.53 приведена схема включения ИС LTC1156 в качестве схемы управле-
ния питанием (и защитой) компонентов портативного компьютера или подобного
устройства. Каждая нагрузка в схеме активизируется микропроцессором только
тогда, когда этот модуль требуется для обработки или отображения информации.
Когда он не используется (это определяется микропроцессорным управлением),
то переводится в режим ожидания, при котором ток покоя снижается до несколь-
ких микроампер. Так, в режиме ожидания И С LTC1156 с отключенными четырь-
мя входами ток покоя обычно составляет 16 мкА. (См. «Linear Technology», Appli-
cation Note 53, p. 10.)
8.1.33. Управление блоком питания
с четырьмя никель-кадмиевыми аккумуляторами
На рис. 8.54 приведена схема использования одного канала интегральной микро-
схемы LTC1156 для управления выходным напряжением блока из четырех ни-
кель-кадмиевых аккумуляторов, применяемых для питания портативного или пере-
носного компьютера. На рис. 8.55 представлены типичные характеристики разряда
блока из четырех никель-кадмиевых аккумуляторов. До тех пор, пока напряжение
на входе стабилизатора достаточно для обеспечения выходного напряжения 5 В,
стабилизатор поддерживает напряжение 5 В. При уменьшении напряжения акку-
муляторов ниже 5 В МОП транзистор полностью открывается и выполняет пря-
мое соединение между аккумулятором и компьютером. Схема контроля напряжения
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ |363~
Рис 8.53. Схема управления питанием портативного компьютера
Примечание к рис. Все элементы данной схемы предназначены для поверхностного монтажа. На схе-
ме показано минимальное количество элементов. Для каждой нагрузки предельные значения токов
можно установить по отдельности и согласовать с индивидуальными характеристиками нагрузки.
Резистор R1 - 1MS026 производства International Manufacturing Services, Inc.
Рис. 8.54. Схема управления блоком питания с четырьмя никель-кадмиевыми аккумуляторами
Примечание к рис. Конденсатор, отмеченный на схеме звездочкой, должен иметь эквивалентное
последовательное сопротивление (ЭПС) менее 05 Ом. Резистор, отмеченный на схеме двумя звез-
дочками, - IMS026 фирмы International Manufacturing Services, Inc. (тел. D01) 683-9700).
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
аккумуляторов микропроцессора отслеживает падение напряжения аккумулято-
ров ниже уровня 4,6 В и принимает превентивные меры (по сохранению инфор-
мации, например) до того, как батареи разрядятся полностью. Три оставшихся
канала ИС LTC1156 используются как переключатели (под управлением мик-
ропроцессора) питания остальных блоков компьютера. Количество переключа-
ющих элементов при необходимости может быть увеличено за счет добавления
ИС LTC1155 или LTC1156. (См. «Linear Technology», Application Note 53, p. 11.)
Рис* 8.56
Схема коммутатора нагрузок 3,3 В
Рис 855
Стандартные характеристики разряда блока из четырех
никель-кадмиевых аккумуляторов
8.1.34. Переключатели для работы в схемах напряжением 3,3 В
На рис. 8.56 показано включение ИС LTC1157 в качестве схемы управления отно-
сительно высоковольтными ключами (см. главу 2), коммутирующими две нагруз-
ки с напряжением 3,3 В. На рис. 8.57 приведены характеристики напряжения на
затворе (превышающем напряжение источника питания) для интегральной мик-
росхемы LTC1157, которая представляет собой сдвоенный низковольтный драйвер
на МОП транзисторах, специально созданный для работы в диапазоне напряжений
2,7-5,5 В. Внутренняя схема перекачивания заряда ИС LTC1157 устанавливает
напряжение управления затвором на 5,4 В выше положительного напряжения
источника питания 3,3 В (или на 8,7 В выше уровня «земли»). Это напряжение
полностью открывает n-канальный МОП транзистор. На рис. 8.58 представлена
зависимость RpsroN) от ^GS для типнчного n-канального МОП переключателя.
(См. «Linear Technology», Application Note 53, p.p. 11,12.)
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
Рис. 8.57. Зависимость напряжения
затвор-исток от напряжения
питания
8.1.35. Электронный прерыватель
На рис. 8.59 приведена схема включения ИС LTC1153 в качестве теплового вы-
ключателя, а на рис. 8.60 и 8.61 - соответственно характеристики и временные ди-
аграммы. В случае превышения допустимого уровня тока ИС LTC1153 прекраща-
ет подачу напряжения к нагрузке и остается в отключенном состоянии на время,
заданное внешним конденсатором Cj. После этого схема автоматически включа-
ется и нагрузка вновь подключается. Если ток нагрузки остается слишком боль-
шим, выключатель снова отключает питание. Такой цикл работы продолжается до
тех пор, пока ток превышает номинальное значение, тем самым защищая как чув-
ствительную к превышению тока нагрузку, так и силовой МОП транзистор. Зна-
чение постоянного тока отключения .задается сопротивлением RSEN при токе 1 А.
Время задержки отключения (см. рис. 8.60), задаваемое резистором RD и конден-
сатором CD, уменьшается при увеличении тока (подобно механическим прерыва-
телям). Каждые 200 мс, пока не будет прекращено действие условий перегрузки,
выключатель автоматически возвращается в исходное состояние (включается).
Выход с открытым стоком STATUS «предупреждает» центральный микропроцес-
сор всякий раз, когда цепь разрывается. Вход отключения (SD), взаимодействуя
Рис. 8.59
Схема теплового выключателя на
ИСПа 153
Рис 8.58. Зависимость
сопротивления сток-исток (R^oJ от
напряжения затвор-исток (VGS)
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Рис. 8.60. Зависимость времени
отключения оттока через
выключатель
Рис. 8.61. Временные диаграммы работы схемы теплового
выключателя
Примечание к рис. Все временные интервалы на диа-
грамме относятся к случаю применения в схеме указан-
ных компонентов.
с термистором, имеющим положительный температурный коэффициент сопро-
тивления, контролирует условие превышения температурой уровня 70 °С и тоже
производит отключение. (См. «Linear Technology», Application Note 53, p.p. 15,16.)
8.1.36. Защита цепи питания интерфейса SCSI
На рис. 8.62 приведен возможный вариант использования интегральной микро-
схемы LTC1153 для защиты цепи питания схемы последовательного интерфейса
SCSI. Для изображенных на схеме компонентов постоянный ток ограничен значе-
нием 1 А, время задержки отключения составляет 1 мс. Прерыватель сработает,
если произошло короткое замыкание в кабеле или разъеме, и попытается повтор-
но подключиться через каждую секунду до тех пор, пока короткое замыкание не
будет устранено. После этого цепь питания возвращается в нормальное состояние,
а интерфейс восстанавливается. Микропроцессор способен всегда контролировать
Рис. 8.62. Схема защиты цепи питания последовательного интерфейса
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ [збУ]
Рис. 8.63. Мощный источник питания на 3,3 В с входным
напряжением 5 В
Рис. 8.64. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
состояние цепи питания (с использованием вывода STATUS) и принимать меры,
если неисправность сохраняется. Нарастание пилообразного управляющего на-
пряжения на затворе замедляется, чтобы обеспечить плавный пуск большой емко-
стной нагрузки (режим «мягкого» пуска). Схема также содержит фильтр источ-
ника питания, поддерживающий напряжение на входе контроля питания (Vs)
выше 3,5 В до тех пор, пока цепь затвора полностью не разрядится во время корот-
кого замыкания. (См. «Linear Technology», Application Note 53, p. 16.)
8.1.37. Мощный источник питания на 3.3 В с входным напряжением 5 В
На рис. 8.63 приведена схема включения ИС МАХ786, которая обеспечивает вы-
ходное напряжение 3,3 В при питании от источника 5 В. На рис. 8.64 представлена
зависимость КПД от тока нагрузки. Данная схема может использоваться в каче-
стве преобразователя (располагаемого, например, на дочерней плате) при модер-
низации существующей системы за счет подключения нового микропроцессора
с питанием 3,3 В. Схему необходимо синхронизировать с работой выпрямителя.
Диапазон входного напряжения составляет 4,5-6 В, ток покоя - 780 мкА, а макси-
мально возможный ток нагрузки (при UBX — 4,5 В) - 3 А. (См. «Maxim Battery
Management Circuit Collection», 1994, p. 43.)
8.1.38. Маломощный преобразователь напряжения 3,3 В в 5 В
На рис. 8.65 приведена схема включения ИС МАХ731, которая обеспечивает выход-
ное напряжение 5 В при питании от источника 3,3 В. На рис. 8.66 показана зависи-
мость КПД от тока нагрузки. Этот повышающий стабилизатор с широтно-импульсной
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
L1=SUMIDACD75-220
Рис 8.65. Маломощный преобразователь
напряжения 3,3 В в 5 В
Примечание к рис. Отключение интегральной мик-
росхемы происходит при напряжении на выводе 1
менее 0,25 В, включение - при напряжении, которое
превышает (UBX - 0,5 В). Маркировка выводов ИС
относится только к корпусу с восемью выводами.
Рис. 8.66. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
модуляцией (ШИМ) разработан специально для применения в схемах с низки:
уровнем шумов и батарейным питанием, таких как телефоны сотовой связи и.и
карманные компьютеры без дисководов (то есть для которых максимальная мощ-
ность потребления при напряжении 5 В не более 2 Вт). Входное напряжение со-
ставляет от 1,4 до 5 В, ток покоя - 2 мА, максимальный ток нагрузки - 350 мА.
Напряжение включения без нагрузки - 1,8 В. Частота генерации равна 170 кГц
ток в режиме отключения - 35 мкА. (См. «Maxim Battery Management Circuit
Collection», 1994, p. 41.)
8.1.39. Источник питания с выходными напряжениями 5 и 12 В
На рис. 8.67 приведена схема включения ИС контроллера МАХ718, которая выра-
батывает два выходных напряжения E и 12 В) при входном напряжении 3,3 В. На
рис. 8.68 представлена зависимость КПД от тока нагрузки. Схема разработана для
случаев, когда необходимо преобразовать постоянное напряжение 3,3 В в постоян-
ное напряжение 5 В для питания периферийных устройств и в постоянное напря-
жение +12 В, необходимое для программирования флэш-памяти. При питании от
источника напряжения 3,3 В (±10%) схема обеспечивает ток нагрузки 400 мА (для
напряжения 5 В) и 120 мА (для напряжения 12 В). С помощью логического управ-
ления выходное напряжение 12 В может быть преобразовано в выходное напряже-
ние 5 В без внешних переключателей. Входное напряжение - от 0,9 В до значения
UBbIX, напряжение запуска без нагрузки составляет 1,4 В. Ток покоя равен 140 мкА
при напряжении 5 В и 500 мкА при напряжениях 5 и 12 В. Частота генерации -
0,5 МГц. (См. «Maxim Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 42.)
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ Гзб?]
01-MOTOROLA MTO3O55CI
нпи1/?ЯЮ42
L1.L2-SUMDACDS4-220
Рис. 8.67. Источник питания с выходными напряжениями
5и 12В
Рис 8.68. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
D1-MOTOftWA-M8R330
С1 • NICHICON-UPLIAIOIMRN
С2 > ИЮНЮОИ - UPIIA102MRH6
СЭ « МСНЮОИ - UP11A221MRH
U . COO.TRONICS - СТХ1W-W
17 . COU.TR0MCS - СТЮ-1-Ж
Рис 8.69. Схема стабилизатора с питанием от щелочных батарей
Примечание к рис. Пленочные резисторы, отмеченные звездочкой, имеют точность 1%. Необязатель-
ные компоненты, отмеченные двумя звездочками, применяются для снижения напряжеушя запуска на
03 В. Значения сопротивлений резисторов R1, R2 и выходного напряжения ивых связаны соотношением:
<W-^4(f + H).
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Рис. 8.70. Зависимость срока службы
щелочных батарей от типа батареи
Рис. 8.71. Характеристика разряда
щелочной батареи из четырех
элементов
8.1.40. Импульсный стабилизатор с питанием от щелочной батареи
На рис. 8.69 приведена схема включения ИС
LT1270, которая обеспечивает выходное напряже-
ние 6 В и ток 1 А при питании от 3-4 щелочных
(алкалиновых) элементов, используемых вместо
никель-кадмиевых аккумуляторов. Выходное на-
пряжение можно менять путем подбора сопро-
тивлений R1 и R2. Эти величины определяются
из формулы, связывающей их с выходным напря-
жением (как и для большинства импульсных ста-
билизаторов). На рис. 8.70 показана зависимость
срока службы щелочных батарей для нагрузки
мощностью 6 Вт, а на рис. 8.71 - характеристика
разряда щелочной батареи для той же нагрузки.
На рис. 8.72 представлена зависимость КПД для
различных значений напряжения щелочной бата-
реи. (См. «Linear Technology», Design Note 41, p. 2.)
Рис. 8.72. Зависимость КПД схемы от
напряжения батареи
8.1.41. Замена батареи напряжением 9 В двумя элементами типа АА
На рис. 8.73 представлена схема включения линейного стабилизатора ИС LT1120,
которая при использовании батареи напряжением 9 В служит для получения вы-
ходного напряжения 5 В и тока 30 мА. На рис. 8.74 приведена схема включения
импульсного стабилизатора ИС LT1173-5, которая при использовании батареи
напряжением 9 В служит для получения аналогичных выходных параметров. На
рис. 8.75 изображена схема включения той же И С LT1173-5, но с двумя элемента-
ми типа АА вместо батареи; выходные параметры те же (схема с повышением
напряжения). На рис. 8.76 показана зависимость КПД от напряжения батареи для
схемы с понижением напряжения, а на рис. 8.77 - для схемы с повышением напря-
жения (вариант использования двух элементов типа АА). Зависимости, характе-
ризующие продолжительность срока службы батарей в трех схемах, показаны
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ [371~
Рис 8.73. Получение напряжения 5 В от батареи
на 9 В
Рис. 8.74. Вариант получения напряжения 5 В
от батареи на 9 В
Примечание к рис. Используется щелочная баша- Примечание к рис. Используется щелочная
рея типа Duracell # MN1604. батарея типа Duracell # MN1604.
Рис. 8.75. Получение напряжения 5 В от
двух элементов типа АА
Примечание к рис. В качестве бата-
реи использованы два щелочных эле-
мента Duracell # MN1500.
п
м
ее
г*
^82
80
78
76
1.8 20 22 2.4 2* 28 30 3.2
Напряжете батареи, В
Рис 8.77. Зависимость КПД схемы
на рис. 8.75 от напряжения
батареи
Рис 8.76. Зависимость КПД
схемы, показанной на рис. 8.74,
от напряжения батареи
соответственно на рис. 8.78-8.80. Анализ приведенных данных показывает, что
при одинаковых значениях выходного напряжения и тока нагрузки КПД выше,
Рис 8.78. Зависимость входного
и выходного напряжений схемы на
рис. 8.73 от времени работы
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
О 2 4 в 8 10 12 14 1в 18 20 22 24
Время, ч
Рис. 8.79. Зависимость входного
и выходного напряжений схемы на
рис. 8.74 от времени работы
а срок службы батарей больше в схеме, использующей два элемента типа АА.
(См. «Linear Technology», Design Note 63, p.p. 1, 2.)
8.1.42. Сеема получения напряжений 3,3 или 5 В от двух или трех элементов
На рис. 8.81 приведена схема применения ИС МАХ756, которая обеспечивает по-
лучение выходного напряжения 3,3 В (либо 5 В) и ток 400 мА при входном напряже-
нии от 0,9 В до значения, равного UBbIx. Напряжение включения равно 1,4 В,
ток покоя (при UBX - 3 В) - 60 мкА в режиме 3,3 В или 140 мкА в режиме 5 В. На
рис. 8.82 показана зависимость КПД от тока нагрузки. В режиме отключения схе-
ма потребляет ток 20 мкА, что особенно важно в микромощных схемах, где бата-
реи постоянно должны быть подключенными (то есть отсутствует выключатель
питания «Включено/Выключено»). К сожалению, в технической документации не
всегда приводятся сведения о токе в режиме отключения. (См. «Maxim Battery
Management Circuit Collection», 1994, p. 10.)
U.SUM0ACOS4-220
u«(i(Muowpflonif)«
SUMBMCOfMK-lOO
Рис 8.81
Получение напряжений 3,3 или 5 В от двух
или трех элементов
Примечание к рис. Отключение интег-
ральной микросхемы происходит при на-
пряжении на выводе 1 менее 0,4 В, включе-
ние - при напряжении, превышающем 1,6 В.
Выходное напряжение для этого варианта
схемы составляет 5 В.
Рис. 8.80. Зависимость входного
и выходного напряжений схемы на
рис. 8.75 от времени работы
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
8.1.43. Схема получения напряжений
3.3/5 В и 5/12 В от двух или трех элементов
На рис. 8.83 приведена схема включения ИС
сдвоенного стабилизатора МАХ718, которая
обеспечивает получение основного выходного
напряжения 3,3/5 В и дополнительного выход-
ного напряжения 5/12 В при входном напряже-
нии от 0,9 В до значения, равного UBbIx. Напря-
жение запуска равно 1,4 В, ток покоя (при UBX -
3 В) - 140 мкА в режиме использования основ-
ного выхода 5 В и 500 мкА в режиме использова-
ния двух выходов. Максимальное значение тока
нагрузки для основного выхода составляет 400 мА,
а для вспомогательного - 120 мА. На рис. 8.84
представлена зависимость КПД от тока нагрузки. В зависимости от состояния ло-
гических уровней выводов 3 и 4 схема генерирует стабилизированные выходные
напряжения 3,3 и 5 В, 3,3 и 12 В или 5 и 12 В, используя один из трех входных
источников напряжения (сетевой адаптер, преобразующий переменное напряже-
ние в постоянное - 7 или 20 В); основную батарею, состоящую из двух или трех
гальванических элементов, либо резервную литиевую батарею). Соединение, слу-
жащее для питания вспомогательного источника и показанное на схеме пунктир-
ной линией от дросселя L2, постоянно подключено к основной батарее. Это соеди-
нение также можно провести к основному выходу в тех случаях, когда питание
Рис 8.82. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
01. MOTOROLA МТОЭ055а
или 1/2 SI9942
I1.I2-SUMIOACDM-220
Рис. 8.83. Получение напряжений 3.3/5 В и 5/12 В от двух
или трех элементов
Рис. 8.84. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
поступает от сетевого адаптера. Основной импульсный стабилизатор автоматичес-
ки отключает батареи с целью их сохранения при подключении сетевого адаптера.
(См. «Maxim Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 11.)
8.1.44. Схема получения напряжений 3,3/5 В, +12 и -18 В
от двух или трех элементов
На рис. 8.85 показана схема включения ИС М АХ722 (источник питания с поверх-
ностным монтажом для карманных компьютеров) и ИС МАХ734 (стабилизатор).
Схема обеспечивает получение основного выходного напряжения 3,3/5 В, выход-
ного напряжения +12 В, необходимого для программирования флэш-памяти, и вы-
ходного напряжения смещения -18 В для ЖК дисплея; причем все выходные на-
пряжения могут быть получены при входном напряжении 1,8-5,5 В. Ток покоя
(при условии, что входное напряжение равно 3 В, а выход с напряжением 12 В
отключен) составляет 350 мкА. При входном напряжении UBX - 2 В максималь-
ный ток нагрузки для выхода 5 В - 200 мА, а для выхода 12 В - 40 мА. При увели-
чении входного напряжения до 2,5 В максимальный ток нагрузки на выходе 5 В
равен 275 мА, а на выходе +12 В - 60 мА. На рис. 8.86 приведены зависимости
U.SUMK»CO43-100
12>SUMIOAC054-220
U.SUM«OACOO-4TO
Выход отрицательного
напряжения
1NS81B (-18V. как показано на схеме)
Рис 8.85. Получение нескольких напряжений от двух или трех элементов
Рис. 8.86
Зависимость КПД схемы оттока нагрузки
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
КПД от тока нагрузки для выхода +12 В. Если основной выход установлен на на-
пряжение 3,3 В (на выводе 3 ИС МАХ722 - высокий логический уровень сигна-
ла), необходимо подключить вывод V+ И С МАХ734 к напряжению +12 В (вместо
напряжения +5 В, как показано на схеме) для того, чтобы увеличить управляющее
напряжение на затворе полевого МОП транзистора ИС МАХ734. (См. «Maxim
Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 12.)
8.1.45. Схема получения напряжения -24 В от двух или трех элементов
На рис. 8.87 приведена схема включения ИС LT1173 стабилизатора, обеспечиваю-
щая получение напряжения смещения -24 В для ЖК дисплея при питании от двух
гальванических элементов типа АА. Входное напряжение 3 В преобразуется
в напряжение +24 В с помощью внутреннего МОП транзисторного переклю-
чателя в ИС U1, дросселя L, диода Din конденсатора С1. Вывод переключателя
ИС Ul (SW1) управляет схемой перекачивания заряда, состоящей из С2, СЗ, D2
и D3, которая вырабатывает напряжение -24 В. Нестабильность выходного напря-
жения составляет менее 0,2% (при изменении входного напряжения от 3,3 до 2,0 В).
Нестабильность выходного напряжения по нагрузке, несмотря на то что напряже-
ние -24 В непосредственно не стабилизируется, составляет 2% при изменении
тока нагрузки от 1 до 7 мА. При входном напряжении 2 В и КПД, равном 73%,
схема допускает ток нагрузки 7 м А, а также может работать от источника питания
5 В. (См. «Linear Technology», Design Note 51, p. 1.)
Рис 8.87
Получение напряжения -24 В от двух или трех
элементов
Примечание к рис. Металлотеночные резис-
торы, отмеченные на схеме двумя звездочка-
ми, имеют точность 1%.
8.1.46. Схема получения малошумящего напряжения 5 9
от двух или трех элементов
На рис. 8.88 приведена схема включения ИС МАХ751, которая обеспечивает по-
лучение выходного напряжения 5 В с малым уровнем шумов при входном напря-
жении 2-5 В. В отличие от схем управления, обычно используемых в низковольт-
ных импульсных стабилизаторах и основанных на методе пропуска импульсов,
здесь использован принцип постоянства частоты широтно-импульсной модуляции.
Высокий уровень шумов, генерируемых импульсными стабилизаторами, - одна из
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
основных проблем портативных устройств, таких как телефоны сотовой связи
и медицинское оборудование. Платой за низкий уровень шумов являются возрос-
ший ток покоя и снижение КПД при малых нагрузках. Ток покоя при входном
напряжении 3 В составляет 1,2 мА, максимальный ток нагрузки - 100 мА (при
входном напряжении UBX = 2,7 В). Ток в режиме отключения схемы - 30 мкА,
постоянная частота генерации - 170 кГц. Напряжение запуска без нагрузки - 1,2 В.
На рис. 8.89 представлены зависимости КПД от тока нагрузки. (См. «Maxim
Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 13.)
01 • Л ТИ ПХМ9 wm 2N4403
Рис. 8.88. Получение напряжения 5 В с малым уровнем
шумов
Примечание к рис. Отключение интегральной мик-
росхемы происходит при значении напряжения на
выводе 1 менее 025 В, включение - при напряжении,
превышающем 2 В.
Рис. 8.89. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
8.1.47. Недорогая микромощная схема получения напряжения 5 В
от двух или трех элементов
На рис. 8.90 приведена схема включения ИС МАХ630, которая обеспечивает по-
лучение выходного напряжения 5 В для небольшой нагрузки при входном напря-
жении 1,6-5 В. На рис. 8.91 показана зависимость КПД от тока нагрузки. Ток по-
коя равен 160 мкА, напряжение запуска — 2 В, максимальный ток нагрузки - 5 мА,
ток в режиме выключения - 1 мкА. Низкое значение этого тока особенно важно
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
в микромощных схемах, где основной критерий - не высокий КПД, а низкая сто-
имость. (КПД схемы можно увеличить за счет замены диода 1N4148 диодом Шот-
тки и применения в качестве L1 дросселя с низким сопротивлением, что, естествен-
но, приведет к повышению стоимости схемы.) Схема охвачена обратной связью
(+VS подключено к выходу +5 В). В тех случаях, когда необходимо минимальное
значение напряжения запуска схемы, следует подключить вывод +VS непосред-
ственно к входу. К сожалению, отключение обратной связи ограничивает ток нагруз-
ки при малых входных напряжениях. (См. «Maxim Battery Management Circuit
Collection», 1994, p. 14.)
Рис 8.90. Микромощная схема получения
напряжения 5 В от двух или трех элементов
Примечание к рис. Отключение интеграль-
ной микросхемы происходит при напряже-
нии на выводе 6 менее 0,2 В, включение - при
напряжении, превышающем 1,8 В. В качестве
дросселя L1 можно использовать залитый ком-
паундом бескорпусный дроссель LCM1812R-
102К.
Рис. 8.91. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
8.1.48. Линейный стабилизатор на 3/3,3 В с питанием от трех элементов
На рис. 8.92 приведена схема включения ИС источника опорного напряжения
МАХ872 и микромощного операционного усилителя ICL7611 в качестве линей-
ного стабилизатора напряжения на 3/3,3 В. Эта схема особенно эффективно работа-
ет с использованием аккумуляторов NiCd и NiMH, которые сохраняют работоспособ-
ность при снижении напряжения до 1 В. Таким образом, линейный стабилизатор
с очень малым значением падения напряжения можно применять вместо импульс-
ного стабилизатора или схемы с перекачиванием заряда. Характеристика падения
напряжения схемы представлена на рис. 8.93 и определяется главным образом ха-
рактеристиками транзистора Q1. Если схема работает с низким напряжением, на-
пример питается от трех гальванических элементов, Q1 должен иметь пороговое
напряжение затвора меньше минимального напряжения батареи. Например, для
транзистора Si9433 значение Rds(oN) гарантировано при VGS, равном 2,7 В. Схема
будет работоспособна при входном напряжении 3-15 В. Ток покоя (при UBX = 6,5 В)
Гз78] БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
01. SiUCONRSuOttYMSMOIOrOSl
Рис. 8.92. Линейный стабилизатор на 3/3.3 В
с питанием от трех элементов
Примечание к рис. Конденсатор С1 должен иметь
низкое значение эквивалентного последовательного со-
противления (ЭПС).
Рис 8.93. Зависимость снижения
напряжения схемы от тока нагрузки
равен 40 мкА, когда схема работает в режиме малой мощности, но возрастает до
70 мкА, если схему перевести в режим повышенной мощности. Максимальный ток
нагрузки составляет 1 А в режиме повышенной мощности и 5 мА в режиме малой
мощности. Режимы высокой или малой мощности задаются логическим сигналом
на входе Выбор режима. Режим высокой мощности задается при подаче на этот
вход сигнала логической 1. (См. «Maxim Battery Management Circuit Collection»,
1994, p. 15.)
8.1.49. Схема получения напряжения 3,3 В от четырех - шести элементов
На рис. 8.94 и 8.95 приведены две схемы, которые обеспечивают выходное напря-
жение 3,3 В при входном питании от 4-6 гальванических элементов. В обеих схе-
мах предусмотрена возможность переключения посредством сигнала управления
Мощный/маломощный в режим малой либо повышенной мощности. Схема, пред-
ставленная на рис. 8.94, имеет ток покоя 60 мкА (при входном напряжении UBX -
4,8 В) в режиме малой мощности и 1,6 мА в режиме повышенной мощности, мак-
симальное значение тока нагрузки (UBX - 4 В) - соответственно 10 и 400 мА. КПД
(UBX — 4,8 В) в режиме малой мощности составляет 72% при токе нагрузки 1 мА
и 92% в режиме повышенной мощности при токе нагрузки 100 мА. Другая схема
(рис. 8.95) имеет ток покоя 25 мкА (при входном напряжении UBX - 4,8 В) для
режима малой мощности и 1,6 мА в режиме повышенной мощности, максималь-
ное значение тока нагрузки (при UBX - 4 В) - соответственно 50 и 400 мА. КПД
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
II-SUIMMCD105-101
Рис. 8.94. Двухкоскадная схема стабилизатора 3,3 В на ИС МАХ8213 и МАХ750А
4-1IV
Вход
Рис. 8.95. Двухкаскадная схема стабилизатора 3,3 6 на ИС МАХ639 и МАХ750А
Примечание к рис. При низких значениях выходного тока роль микромощного стабилизатора выпол-
няет часть схемы на базе ИС МАХ639 с частотно-импульсной модуляцией, при высоких значениях
тока нагрузки - мощный стабилизатор на базе ИС МАХ750А с широтно-импульсной модуляцией.
(UBX = 4,8 В) в режиме малой мощности составляет 86% при токе нагрузки 1 мА
и 92% в режиме повышенной мощности при токе нагрузки 100 мА. (См. «Maxim
Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 17.)
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
8.1.50. Линейный стабилизатор на 5 В с питанием от четырех элементов
На рис. 8.96 приведена схема включения ИС линейного стабилизатора МАХ667,
которая вырабатывает выходное напряжение 5 В при использовании четырех галь-
ванических элементов на входе. Входное напряжение может составлять 4-16,5 В.
Ток покоя равен 10 мкА (при UBX «= 6 В), максимальный ток нагрузки - 250 мА (при
UBX = 6 В). Падение напряжения при токе нагрузки 100 мА - 100 мВ. На рис. 8.97
показана зависимость КПД от тока нагрузки. (См. «Maxim Battery Management
Circuit Collection», 1994, p. 21.)
Рис. 8.96
Получение напряжения 5 В от четырех элементов
Примечание к рис. Включение ИС происходит при напря-
жении на выводе 5 менее 03 В, отключение - при напря-
жении, превышающем 1,5 В. Выходной конденсатор емкос-
тью 33 мкФ должен иметь низкое значение эквивалентного
поиедоватеяъного сопротивления.
Рис 8.97
Зависимость КПД схемы от тока нагрузки
8.1.51. Двухкаскадный стабилизатор напряжения 5 В от четырех элементов
На рис. 8.98 приведена схема включения ИС линейного стабилизатора МАХ756,
которая вырабатывает выходное напряжение 5 В от четырех гальванических эле-
ментов. В схеме использованы диод и включенный параллельно ему р-канальный
полевой транзистор в качестве предварительного стабилизатора для относительно
мощного стабилизатора на ИС МАХ756. Входное напряжение составляет от 2 до
6,2 В, пусковое напряжение схемы без нагрузки - 1,5 В. Ток покоя (при UBX e 5 В)
равен 70 мкА, максимальный ток нагрузки - 400 мА. Ток в режиме выключения -
55 мкА, срок службы батарей - 15,5 ч (при использовании четырех щелочных эле-
ментов типа АА и токе нагрузки 100 мА). На рис. 8.99 показана зависимость КПД
оттока нагрузки. (См. «Maxim Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 22.)
8.1.52. Инвертирующая схема получения напряжения 5 В
от четырех элементов
На рис. 8.100 приведена схема включения ИС МАХ739, которая вырабатывает
выходное напряжение 5 В при использовании четырех гальванических элементов.
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
Рис 8.99
Зависимость КПД схемы оттока нагрузки
В данной схеме ИС МАХ739 включена в качестве инвертора. Входное напряжение
составляет 3,8-11 В, напряжение запуска схемы без нагрузки - не более 4 В. Ток
покоя (при UBX ™ 5 В) равен 1,8 мА, максимальный ток нагрузки - 200 мА. Ток
в режиме отключения - 1 мкА, срок службы батареи - 13,5 ч (при использовании
четырех щелочных элементов типа А А и токе нагрузки 100 мА). На рис. 8.101
Рис. 8.101. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
Рис 8.98
Схема получения напряжения 5 В от четырех
элементов с двумя каскадами стабилизации
Примечание к рис. Отключение ИС происходит
при напряжении на выводе 1 менее 0,4 В, вклю-
чение - при напряжении, превышающем 1,6 В.
Рис. 8.100. Получение напряжения 5 В от четырех
элементов
[382] БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
приведена зависимость КПД от тока нагрузки. (См. «Maxim Battery Management
Circuit Collection», 1994, p. 23.)
8.1.53. Повышающий/понижающий стабилизатор 5 В от четырех элементов
На рис. 8.102 приведена схема включения ИС МАХ639, которая вырабатывает
выходное напряжение 5 В при использовании четырех гальванических элементов.
Здесь предусмотрена возможность переключения из режима понижения напряже-
ния в режим повышения при разряде батареи питания ниже 5 В. Входное напря-
жение может иметь значение 3-6,5 В; ток покоя равен 50 мкА при UBX - 5,5 В
и 110 мкА при UBX - 4,5 В. Максимальный ток нагрузки составляет 200 мА при
входном напряжении UBX - 3,75 В. Срок службы батареи - 17,2 ч (при использо-
вании четырех гальванических элементов типа АА и токе нагрузки 100 мА). На
рис. 8.103 показана зависимость КПД от тока нагрузки. (См. «Maxim Battery Ma-
nagement Circuit Collection», 1994, p. 24.)
Рис 8.102. Получение напряжения 5 В от четырех элементов с управлением режимом
Рис 8.103
Зависимость КПД схемы от тока нагрузки
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ [3831
8.1.54. Линейный стабилизатор с тремя выходами
и питанием от пяти элементов
На рис. 8.104 приведена схема включения И С МАХ714, которая при питании от пяти
гальванических элементов обеспечивает получение выходного напряжения на трех
выходах. На рис. 8.105 представлена зависимость КПД от тока нагрузки. Схема рабо-
тает при входном напряжении 5,05-11 В. При UBX - 6 В ток покоя равен 300 мкА,
максимальный ток нагрузки - 1 А, ток холостого хода - 35 мкА. Интегральная мик-
росхема МАХ714 относится к семейству ИС серии МАХ714/715, обладающих рядом
контрольных функций, например контролем разряда батарей. В представленной схе-
ме ИС МАХ714 вырабатывает напряжение 5 В на двух выходах (на основном выходе
ток равен 1 А при пиковом значении до 2 А, а на вспомогательном выходе - 100 мА).
Схема также вырабатывает отрицательное напряжение смещения для ЖК дисплея
(от -10 до -26 В), управляемое внутренним цифро-аналоговым преобразователем.
(См. «Maxim Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 27.)
Выходюнтроля Выход ВклДБш.
заряда "сВрос'
Рис 8.104. Получение выходного напряжения на
нескольких выходах ИС МАХ714
Примечание к рис. Отключение интегральной мик-
росхемы происходит при напряжении на выводе 4 менее
1,5 В, включение - при напряжении, превышающем 35 В.
Q, - ZETEX ZTX750. Q2, Q, - ZETEX ZTX788B.
L1 - SUMIDA CDR74-101
Рис. 8.105. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
8.1.55. Схема получения напряжения 5 В от пяти элементов
На рис. 8.106 приведена схема включения НС понижающего стабилизатора с ши-
ротно-импульсной модуляцией МАХ714, который обеспечивает получение выход-
ного напряжения 5 В при питании от пяти гальванических элементов. На рис. 8.107
показана зависимость КПД от тока нагрузки. Схема имеет высокий КПД, так как
имитирует работу линейного стабилизатора с низким падением напряжения и
«догоняет» снижающееся напряжение батареи. Входное напряжение составляет
5,2-11 В. При UBX = 6 В ток покоя равен 1,4 мА, максимальный ток нагрузки - 500 мА,
а КПД - 95% при UBX =• 6 В и токе нагрузки 100 мА. (См. «Maxim Battery Mana-
gement Circuit Collection», 1994, p.p. 28, 29.)
h.sumoaco7s-22o
Рис. 8.106. Получение напряжения 5 В от пяти
элементов
Примечание к рис. Отключение интегральной
микросхемы происходит при значении напряже-
ния на выводе 1 менее 0,25 В, включение - при
напряжении, превышающем U^ - 0,5 В.
Рис. 8.107. Зависимость КПД схемы
оттока нагрузки
8.1.56. Схема получения напряжений 3,3/5 В от 9-вольтовой батареи
На рис. 8.108 приведена схема включения НС понижающего стабилизатора с ШИМ
МАХ639, которая вырабатывает выходное напряжение 5 В при питании от 9-воль-
товой батареи, используемой для питания транзисторных радиоприемников (либо
от любой батареи из шести гальванических элементов). На рис. 8.109 показана за-
висимость КПД от тока нагрузки. Схема работает при входном напряжении от 5,5
до 11,5 В. Ток покоя равен 10 мкА при UBX - 9 В, максимальный ток нагрузки -
100 мА при UBX ¦= 5,5 В и 175 мА при UBX = 8 В. Если нужно получить выходное
напряжение 3,3 вместо 5 В, следует использовать ИС стабилизатора МАХ640
(См. «Maxim Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 29.)
8.1.57. Схема преобразования отрицательного напряжения в напряжение +5 В
На рис. 8.110 приведена схема включения ИС повышающего стабилизатора МАХ752
которая вырабатывает выходное напряжение +5 В при входном напряжении от -6 до
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
Рис 8.108. Получение напряжений 3,3/5 В от
9-вольтовой батареи
10|iA ЮОцА 1mA 10mA 100mA 1000mA
Ток нагрузки
Рис. 8.109. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
-15 В (используется 6-9 гальванических элементов). Ток покоя равен 1,5 мА при
UBX •= -6 В, максимальный ток нагрузки - 500 мА при том же входном напряже-
нии. На рис. 8.111 показана зависимость КПД от тока нагрузки. Схема работает
только при условии, что отрицательный вывод батареи не соединен с «землей» (в тех
системах, где не требуется получения от батареи нескольких выходных напряже-
ний). (См. «Maxim Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 33.)
Рис. 8.110. Повышающий стабилизатор на ИС МАХ752
Рис. 8.111. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
8.1.58. Схема получения напряжения -5 В из напряжения +5 В
или от четырех - восьми элементов
На рис. 8.112 приведена схема включения ИС стабилизатора с широтно-импуль-
сной модуляцией МАХ714, которая вырабатывает выходное напряжение -5 В
при питании от батареи из 4-8 гальванических элементов (либо от источника
фиксированного напряжения +5 В). На рис. 8.113 показана зависимость КПД от
тока нагрузки. Входное напряжение может составлять 4-15 В. Ток покоя равен
3 мА (при UBX - 5 В), максимальный ток нагрузки - 1 А (при UBX - 4,75 В) или
13 3ак. 733
Рис. 8.112. Получение напряжения -5 В из напряжения
+5 В или от 4-8 элементов
Примечание к рис. Отключение ИС происходит при
напряжении менее 025 В на выводе 20, включение -
при высоком выходном сопротивлении источника сиг-
нала C-е состояние). Вывод 16 И С подключается
к выводу ивых (если UBX <8В) либо заземляется (если
UBX>8B).
Рис 8.113. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
1,25 А (при UBX - 12 В). Ток в режиме отключения - 30 мкА. (См. «Maxim Battery
Management Circuit Collection», 1994, p. 56.)
8.1.59. Схема получения напряжения -5 В из напряжения +5 В
или от пяти - восьми элементов
На рис. 8.114 приведена схема включения ИС стабилизатора с широтно-импульс-
ной модуляцией МАХ739, которая вырабатывает выходное напряжение -5 В при
питании от батареи из 5-8 последовательно включенных гальванических элементов
(либо от источника фиксированного напряжения +5 В). На рис. 8.115 показана зави-
симость КПД от тока нагрузки. Входное напряжение может составлять 3,8-11 В, на-
пряжение запуска без нагрузки - 4 В. Ток покоя равен 1,8 м А (при U вх - 5 В), макси-
мальный ток нагрузки - 200 м А (при UBX - 5 В). Ток в режиме отключения - 1 мкА.
(См. «Maxim Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 57.)
8.1.60. Схема получения напряжения -5 В с малыми шумами
от источника +5 В
На рис. 8.116 приведена схема включения ИС стабилизатора с широтно-импульс-
ной модуляцией МАХ735, которая вырабатывает выходное напряжение -5 В при
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ [387]
Рис 8.114. Получение напряжения -5 В из
напряжения +5 В или от 5-8 элементов
Рис 8.115. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
среднем уровне мощности. На рис. 8.117 показана зависимость КПД от тока на-
грузки. Входное напряжение может составлять 4-6,2 В. Ток покоя равен 1,6 мА, мак-
симальный ток нагрузки - 200 мА (при UBX - 5 В). Ток в режиме отключения -
10 мкА. (См. «Maxim Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 58.)
11.SUMIDACD54-100
Рис 8.116. Среднемощная схема
стабилизатора с ШИМ на ИС МАХ735
Примечание к рис. Отключение ИС происхо-
дит при напряжении менее 025 В на выводе 1,
включение - при напряжении, превышающем
(UBX - 0,5 В). Элементы схемы, отмеченные
звездочкой, могут быть исключены, если ток
нагрузки менее 100 мА.
Рис 8.117. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
8.1.61. Маломощная схема получения напряжения -5 В из напряжения +5 В
На рис. 8.118 приведена схема включения ИС стабилизатора с широтно-импульс-
ной модуляцией МАХ639, которая вырабатывает выходное напряжение -5 В при
малом уровне мощности. На рис. 8.119 приведена зависимость КПД от тока на-
грузки. Входное напряжение может составлять 1,2-6 В. Напряжение запуска схе-
мы без нагрузки - 1 В, ток покоя - 35 мкА (при UBX - 5 В), максимальный ток
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Рис. 8.118. Схема получения напряжения -5 В
от источника напряжения +5 В при малых
уровнях мощности
Рис. 8.119. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
нагрузки - 80 мА (при UBX - 4,75 В). Ток в режиме отключения - 10 мкА.
(См. «Maxim Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 59.)
8.1.62. Маломощная схема с перекачиванием заряда
для получения напряжения -5 В
На рис. 8.120 приведена схема включения ИС МАХ660 с перекачиванием заряда,
которая вырабатывает выходное напряжение -5 В при малом уровне мощности.
На рис. 8.121 представлена зависимость КПД от тока нагрузки. Входное напряже-
ние может составлять 1,5-5,5 В, выходное сопротивление - 6,5 Ом. Ток покоя равен
100 мкА (при UBX = 5 В), максимальный ток нагрузки - 100 мА (при UBX = 4,75 В).
Ток в режиме отключения - 10 мкА. Схема характеризуется малым уровнем шумов,
фиксированной частотой внутреннего генератора (между 10 и 45 кГц) и нестаби-
лизированным выходным напряжением (оно реагирует на изменения входного).
(См. «Maxim Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 60.)
Рис. 8.120. Получение напряжения -5 В от схемы
с перекачиванием заряда
Примечание к рис. Отключение ИС происхо-
дит при напряжении менее 03 В на выводе 7.
включение - при напряжении более 2,8 В. Необя-
зательный элемент схемы, отмеченный звездоч-
кой, рекачендован для режима отключения.
Рис 8.121. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ [389]
8.1.63. Микромощная схема с перекачиванием заряда
для получения напряжения -5 В
На рис. 8.122 приведена схема включения ИС МАХ 1044 с перекачиванием заря-
да, которая вырабатывает выходное напряжение -5 В при очень малом уровне
мощности. На рис. 8.123 показана зависимость КПД от тока нагрузки. Входное
напряжение может составлять 1,5-10 В, выходное сопротивление - 65 Ом. Ток по-
коя равен 50 мкА (при UBX ¦= 5 В), максимальный ток нагрузки - 10 мА (при UBX =
4,75 В). Ток в режиме отключения - 1,5 мкА.
Эта схема представляет собой упрощенный вариант, представленной на рис. 8.120.
ИС МАХ 1044 в основном повторяет ИС МАХ660, за исключением более широ-
кого диапазона входных напряжений, десятикратного снижения выходного тока
и меньшей стоимости. Фиксированная частота внутреннего генератора может
составлять 8-65 кГц. (См. «Maxim Battery Management Circuit Collection», 1994, p. 61.)
Рис 8.122. Схема включения ИС МАХ1044
с перекачиванием заряда
Примечание к рис. Отключение ИС происхо-
дит при напряжении менее 0,3 В на выводе 7,
включение - при напряжении, превышающем
2,8 В. Необязательный элемент схемы, отме-
ченный звездочкой, рекомендован для режима
отключения.
Рис. 8.123. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
8.1.64. Линейный стабилизатор с малым падением напряжения
На рис. 8.124 приведена схема включения ИС линейного стабилизатора МАХ666,
которая вырабатывает выходное напряжение 5 В. Применение этой схемы целесо-
образно для резервных батарейных источников бесперебойного питания, а также
в маломощных схемах, где основной источник питания - батареи, а сетевые адап-
теры переменного тока используются нерегулярно. Входное напряжение может
составлять 5,4-16,5 В, ток покоя равен 20 мкА при UBX = 10 В, падение напряже-
ния при токе нагрузки 100 мА - 400 мВ, максимальный ток нагрузки - 500 мА при
UBX - 6 В. Ток в режиме отключения - 5 мкА. На рис. 8.125 показана зависимость
КПД от тока нагрузки. Следует отметить, что проходной транзистор - внешний,
и его можно выбрать с учетом требуемой мощности рассеяния. В случае неболь-
ших мощностей рассеяния вместо транзистора 2N2905 можно использовать встро-
енный силовой транзистор интегральной микросхемы с током 50 мА, а также ИС
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Рис. 8.124. Линейный стабилизатор с малым
падением напряжения
Рис. 8.125. Зависимость КПД
стабилизатора от тока нагрузки
М АХ667 с более мощным встроенным транзистором на 250 мА и меньшим значе-
нием падения напряжения. (См. «Maxim Battery Management Circuit Collection»,
1994, p. 74.)
8.1.65. Токочувсгвительный усилитель с повышенным напряжением
На рис. 8.126 приведена схема включения ИС микромощного ОУICL7612A в качест-
ве чувствительного элемента, контролирующего ток повышенного напряжения.
Рис 8.126
Токочувсгвительный усилитель с повышенным
напряжением
Примечание к рис. Значение сопротивления
резистора Rz определяется по формуле:
_ ШИП-2,5)В
2 20мкА
Значение выходного напряжения ивых рассчи-
тывается так:
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ
Рабочее напряжение составляет 4,5-48 В, ток покоя - 20 мкА при UBX = 10 В,
а коэффициент передачи - 1 В/А. Схема контролирует ток на положительном вы-
воде батареи, при этом ее отрицательный вывод должен быть подключен непосред-
ственно к «земле» схемы. Выходное напряжение схемы, измеряемое относительно
«земли», прямо пропорционально току, протекающему через низкоомный датчик
тока Rsense* ^K правило» выходной сигнал схемы поступает на вход АЦП или пре-
образователя напряжения в частоту. Так как выходной сигнал пропорционален
току источника, то выходное напряжение соответствует любому уровню тока и ог-
раничено только напряжением источника питания. Значение R1 можно выбрать
в пределах от 100 R$ense до ^00 Rsense- (^м. «Maxim Battery Management Circuit
Collection», 1994, p. 75.)
8.1.66. Схема контроля напряжений
На рис. 8.127 приведена схема включения ИС МАХ8214 для контроля состояния
блока из шести никель-кадмиевых аккумуляторов и резервной литиевой батареи.
Более крупные портативные системы, как правило, требуют использования не-
скольких компараторов, осуществляющих контроль состояния как основной, так
и резервной батарей, а также слежение за сбоем напряжения и опознание вклю-
ченного сетевого адаптера. Представленная схема позволяет осуществлять пере-
численные формы контроля и потребляет ток не более 3 мкА на один компаратор.
Диапазон контролируемых входных напряжений составляет 1,25-100 В, входное
напряжение для ИС - 2,7-11 В. Ток покоя при UBX - 5 В - 16 мкА, точность по-
рогового значения - максимум 11%. Когда блок никель-кадмиевых аккумулято-
ров заряжен полностью, на выходе 3 - уровень логической 1. Если напряжение
блока никель-кадмиевых аккумуляторов падает до низкого уровня (но еще пригод-
ного для эксплуатации), то на выходе 2 появляется сигнал низкого уровня (логичес-
кий 0). При полном разряде блока аккумуляторов он возникает на выходе 1, при
полном разряде литиевой батареи - на выходе 4. (См. «Maxim Battery Mana-
gement Circuit Collection», 1994, p. 77.)
Рис 8.127
Устройство контроля состояния батарей
и аккумуляторов
БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
8.1.67. Схема получения напряжений 3,3, 5 и 12 В от 6-12 элементов
Рис. 8.128. Получение напряжений 3,3,5 и 12 В от 6-12 элементов
Примечания к рис.:
1. Диапазон напряжений батареи 6,5-30 В относится к показанным на схеме элементам.
2. Соединения (по Кельвину) с токоиувствительным элементом должны быть как можно короче
и располагаться максимально близко друг к другу.
Рис. 8.129. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
На рис. 8.128 показана схема включения ИС
МАХ782, представляющая собой источник пита-
ния с поверхностным монтажом портативного
компьютера и вырабатывающая выходные напря-
жения 3,3, 5 и 12 В при питании от батареи, со-
стоящей из 6-12 гальванических элементов. На
рис. 8.129 приведена зависимость КПД от тока
нагрузки. Входное напряжение может состав-
лять 5,5-30 В. Ток покоя - 420 мкА при UBX = 15 В.
Максимальный ток нагрузки равен 3 А при UBbIX =¦
5 В и UBX ¦= 6 В, а также при UBWX - 3,3 В и UBX -
6 В. Ток в режиме отключения - 70 мкА. Оценоч-
ный набор можно заказать на фирме Maxim. (См.
«Maxim Battery Management Circuit Collection»,
1994, p. 37.)
9. АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Эта глава посвящена схемам, преобразующим аналоговые сигналы (напряжения)
в цифровую форму (аналого-цифровые преобразователи - АЦП), а также выпол-
няющим обратное преобразование цифровых сигналов в аналоговую форму (циф-
ро-аналоговые преобразователи - ЦАП). Описываемые схемы - по существу
цифровые, поэтому информация по их тестированию и поиску неисправностей,
содержащаяся в главе 1, полностью применима ко всем схемам ЦАП и АЦП.
Принципы работы АЦП и ЦАП изложены в книге J. Lenk, «Simplified Design of
Data Converter». Butterworth-Heinemann, 1997.
9.1. Проверка и поиск неисправностей АЦП
АЦП проверяют, подавая на вход напряжение определенной величины и одновре-
менно контролируя наличие на выходе соответствующего цифрового значения.
Например, в АЦП, изображенном на рис. 9.1, фиксированное значение напряже-
ния в интервале от 0 до +10 В подается на вывод 2 компаратора А1, а соот-
ветствующее цифровое значение можно считывать либо с выводов 5-14 мик-
росхемы DAC-10, либо с шин между DAC-10 и регистром последовательных
приближений SAR2504. На шинах потенциал логической 1 равен +5 В, а по-
тенциал логического 0 - 0 В, или потенциалу «земли».
Необходимо учесть, что вывод 2 регистра последовательных приближений
SAR2504 - это последовательный цифровой выход. Его лучше контролировать
с помощью осциллографа. Частоту, на которой осуществляется преобразование (от
1 до 2 МГц), проверяют на тактовом входе (вывод 13 SAR2504). Для начала каж-
дого цикла преобразования на вывод 14 ИС SAR2504 должен поступать входной
стартовый сигнал (как правило, от системного микропроцессора). В конце цикла
преобразования с вывода 3 (завершение преобразования) выходной сигнал пода-
ется на микропроцессор (указывается состояние процесса преобразования: завер-
шен полностью или нет).
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Рис. 9.1. Типовая схема АЦП
Примечание к рис. Резисторы R1,R2uR3 должны иметь точность 0,025%. Компаратор А1 типа
RM4805, RM111 или аналогичный. Источник опорного напряжения типа Ref-02 или аналогичный.
Рекомендуемые типы стабилитронов S1 и S2- НР5082.
Если выходные сигналы имеют незначительные отклонения от нормы, то можно
подкорректировать их, используя подстроенный потенциометр R7 для низкого уров-
ня сигнала (при входном аналоговом сигнале, равном нулю, на всех цифровых выхо-
дах должен быть логический 0), либо произвести подстройку опорного напряжения
+5 В для высокого уровня сигнала (при входном аналоговом напряжении, равном
+10 В, на всех цифровых выходах должна быть логическая 1). Если выходные сигна-
лы отсутствуют либо не соответствуют норме, то возможна неисправность DAC-10,
компаратора А1 или регистра последовательных приближений SAR2504. Следует от-
метить, что точность схемы во многом зависит от точности резисторов Rl, R2 и R3.
9.2. Проверка и поиск неисправностей ЦАП
Преобразователи сигнала из цифровой формы в аналоговую можно проверять,
подавая сигнал на цифровой (дискретный) вход и одновременно контролируя
наличие соответствующего выходного напряжения. Например, в ЦАП, изображен-
ном на рис. 9.2, входные выводы 4-11 ИС RM/RC4888 могут быть заземлены (для
подачи логического 0) или подключены к источнику напряжения 5 В (для подачи
ПРОВЕРКА И ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ ЦАП
Рис. 9.2. Восьмиразрядный двоичный ЦАП
Примечание к рис. Калибровка производится в следующем порядке:
1. Подать на входы 4-11 нулевой уровень сигнала (логический 0).
2. Производить подстройку входного смещения, пока UBUX не станет равным 0.
3. Подать на входы 4-11 высокий уровень сигнала (логическая 1).
4. Подстраивать усиление, пока ивых не станет равным необходимому значению.
* - необязательные компоненты схемы; служат для уменьшения шума источника опорного напря-
жения.
•* - необязательные компоненты схемы; счужат для уменьшения времени установления выходного
напряжения.
логической 1), а выходное напряжение контролируется на выводе 13 вольтметром
с высоким классом точности. Соответствие выходных аналоговых сигналов вход-
ному двоичному коду представлено в табл. 9.1.
При небольших отклонениях выходного напряжения можно произвести коррек-
цию с помощью калибровочных процедур. Например, при подаче на все цифровые
входы логического 0 (выводы 4-11 заземлены) можно посредством потенциометра
подстроить входное смещение так, чтобы выходное напряжение ивых стало рав-
ным 0,0000 В. Затем, подав на все цифровые входы напряжение 5 В (уровень
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Таблица 9.1. Таблица преобразования 8-разрядного ЦАП
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП [397~
логической 1), следует производить подстройку усиления до значения выходного
напряжения UBbIX, равного 9,9609 В. Возможно, обе подстроечные процедуры
придется повторить несколько раз, чтобы значения выходных напряжений нахо-
дились в заданных пределах.
9.3. Описание схем АЦП и ЦАП
9.3.1. Восьмиразрядный АЦП с внутренним 16-канальным мультиплексором
На рис. 9.3 показан АЦП ADC0816/17 с внутренним 16-канальным мультиплек-
сором (коммутатором), разработанный для применения в системах сбора данных.
В табл. 9.2 представлены коды выбора канала мультиплексора, а на рис. 9.4 - вре-
менные диаграммы работы АЦП. В дополнение к стандартному восьмиразрядно-
му АЦП последовательных приближений ИС этого типа содержат также 16-каналь-
ный аналоговый мультиплексор (см. главу 2) с четырехразрядным адресным входом
и регистром для запоминания адреса. Таким образом, данная микросхема содержит
основные элементы, необходимые для создания системы сбора данных, обладающей
восьмиразрядной точностью и средней производительностью.
ADC0816/17 аналогична по своим параметрам другим микросхемам АЦП, ис-
пользуемым в системах сбора данных, однако обладает доступными извне выхо-
дом внутреннего мультиплексора и входом компаратора АЦП. Эта особенность
полезна при совместной работе с АЦП схем, обрабатывающих сигналы. Помимо
этого такие ИС имеют дополнительный (расширяющий) управляющий вход,
Рис. 9.3. Восьмиразрядный АЦП ADC0816/17 с внутренним 16-канальным мультиплексором
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
позволяющий увеличивать число мультиплексоров и соответственно входных ка-
налов. ИС ADC0816 аналогична ADC0817 во всем, кроме точности. ADC0816 -
более точный прибор, общая нерегулируемая ошибка составляет ±0,5 МДР (млад-
шего двоичного разряда). ИС ADC0817 имеет общую нерегулируемую ошибку,
равную 1 МДР, и, как следствие, меньшую стоимость. (См. «National Semicon-
ductor», Application Note 256, p.p. 590,591.)
Таблица. 9.2. Коды выбора канала мультиплексора
Адресные разряды
D С В А
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
X
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
X
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
X
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
X
Сигнал расширенного управления
(ЕС)
1
1
1
1
1
0
Выбранный канал
INO
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
IN8
IN9
IN10
IN11
IN12
IN13
IN14
IN15
Нет
9.3.2. Аналого-цифровое преобразование относительных величин
На рис. 9.5 представлена схема включения ИС ADC0816/17 для аналого-цифрово-
го преобразования относительных величин сигналов. Так как оба вывода резистив-
ной многозвенной цепи лестничного типа (резистивной «лестницы») 256R имеют
внешний доступ (см. рис. 9.3), такие ИС идеальны для использования совместно
с датчиками относительных величин, у которых выходной сигнал пропорционален
некоторой определенной опорной величине. Важным здесь является не абсолютное
значение выходного сигнала датчика, а его относительное значение по сравнению
с опорной величиной. Основное преимущество этого датчика заключается в том, что
ему не требуется источник высокоточного опорного напряжения, однако он должен
иметь очень малый уровень шумов, так как выбросы напряжения в процессе преоб-
разования могут привести к искажению результата. На схеме (рис. 9.5) в качестве
опорного используется напряжение источника питания 5 В, что исключает необхо-
димость дополнительного внешнего источника опорного напряжения. На плате дол-
жны быть предусмотрены отдельные печатные проводники как для подачи напря-
жения питания 5 В, так и раздельного заземления цепей опорного и питающего
напряжений. (См. «National Semiconductor», Application Note 258,1994, p. 592.)
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП [з99]
Рис. 9.4. Временные диаграммы работы АЦП
Рис. 9.5. Схема включения ИС ADC0816/17 как АЦП относительных величин
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Рис. 9.6. Схема включения ИС ADC0816/17 как АЦП абсолютных величин
9.3.3. Аналого-цифровое преобразование абсолютных величин
На рис. 9.6 представлена схема включения ИС ADC0816/17, которая использует-
ся для аналого-цифрового преобразования абсолютных величин сигналов. В этом
случае значения выходных сигналов датчика не связаны с другими напряжениями
и, в отличие от датчика относительных величин, важно именно абсолютное значе-
ние выходного сигнала. Поэтому источник опорного напряжения должен иметь
достаточную точность для правильного определения абсолютной величины выходно-
го сигнала датчика. Прецизионное регулируемое опорное напряжение обеспечива-
ется интегральной микросхемой LM336-5.0 совместно с дополнительными элемен-
тами. Здесь могут быть использованы датчики относительных величин. Однако
следует четко понимать, что точность преобразования абсолютных величин опре-
деляется прежде всего точностью применяемого источника опорного напряжения.
В случае преобразования относительных величин (см. рис. 9.5) точность определя-
ется характеристиками самого датчика. (См. «National Semiconductor», Application
Note 259,1994, p. 594.)
9.3.4. Использование источника опорного напряжения
в качестве источника питания
На рис. 9.7 представлена схема подключения АЦП ADC0816/17 к внешнему ис-
точнику опорного напряжения, используемому в качестве источника питания.
ИС LM336-5.0 обеспечивает стабилизированное напряжение 5 В для питания
АЦП и входов опорного напряжения, а также для остальных компонентов схе-
мы. Конечно, для подачи напряжения V+ можно воспользоваться нестабилизи-
рованным источником питания с напряжением более 5 В. Сопротивление по-
следовательно включенного резистора R выбирается из условия максимального
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП
Рис. 9.7. Использование источника опорного напряжения в качестве источника питания
тока потребления системы, при котором ИС LM336-5,0 обеспечивает необходи-
мую стабилизацию напряжения. Величина сопротивления R вычисляется по
формуле:
где Vs - значение напряжения нестабилизированного источника питания; VREF -
опорное напряжение; величина тока резистивной «лестницы» I^p определяется так:
*LAD e ^REF / * кОм; Ijr ~ ток преобразователя; 1р - ток, потребляемый системой от
источника питания; IR - минимальный ток источника опорного напряжения. (См.
«National Semiconductor», Application Note 258,1994, p. 594.)
9.3.5. Использование буферизованного опорного напряжения
в качестве питающего
На рис. 9.8 представлена схема АЦП ADC0816/17 с буферизованным опорным на-
пряжением. Использование буферного усилителя (буферизация) на выходе источ-
ника опорного напряжения обеспечивает более высокие выходные токи, чем в схе-
ме, рассмотренной на рис. 9.7, и исключает член 1р из уравнения для определения
величины сопротивления R. (См. «National Semiconductor», Application Note 258,
1994, p. 594.)
9.3.6. Исключение регулировок усиления по входу
На рис. 9.9 и 9.10 представлены схемы подключения ИС ADC0816/17, в которых
исключены регулировки усиления входных аналоговых сигналов. Это достигает-
ся изменением напряжений REF+ и REF- преобразователя, что, в свою очередь, по-
зволяет менять диапазон шкалы преобразования. Как правило, опорные напряжения
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Рис 9.8
Использование буферизо-
ванного опорного напряже-
ния в качестве питающего
Рис. 9.9
Схема подключения ИС
ADC0816/17 без регулировки
усиления по входу
могут быть изменены в диапазоне 5-0,5 В, что дает возможность приспособить
схему к различным диапазонам входных напряжений. Однако есть одно ограни-
чение: середина диапазона опорного напряжения должна находиться в пределах
±0,1 В от половины напряжения источника питания. Причина ограничения в том,
что эталонная резистивная «лестница* дополнена многозвенной переключающей
схемой с N- или Р-канальными МОП транзисторами (см. рис. 9.3). Смещение на-
пряжения в центре многозвенной переключающей цепи от значения VCC2 вызы-
вает смещение напряжения транзисторных ключей, что приводит к неточному
и ошибочному преобразованию. Однако при правильном применении этот метод
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП
Рис 9.10
Схема подключения ИС
ADC0816/17 с несимметрич-
ным опорным напряжением
обеспечивает уменьшение количества элементов схемы и снижение потребляе-
мой мощности за счет отказа от использования дополнительных входных схем
сопряжения. Для схемы на рис. 9.9, когда опорное напряжение привязано к сред-
ней точке источника питания, резисторы R1 и R2 смещают напряжения REF+
и REF- относительно значений Vcc и «земли». На схеме показана И С LM336-
2,5, но можно использовать любое опорное напряжение в диапазоне 0,5-5 В. В случае
несимметричного опорного напряжения следует применять схему с ОУ, показан-
ную на рис. 9.10. Можно использовать ОУ с питанием от одного источника, напри-
мер LM234 или LM10. Резисторы Rl, R2 и R3 образуют делитель, в котором R1
и R3 «центрируют» опорное напряжение относительно VCC2, а изменением R2 за-
дается необходимое значение опорного напряжения. (См. «National Semiconductor»,
Application Note 258,1994, p. 595.)
9.3.7. Простой 32-канальный АЦП
На рис. 9.11 представлена схема подключения АЦП ADC0816/17, предусматри-
вающая 32-канальное преобразование. Такая конфигурация возможна за счет
вывода ЕС, который управляет работой мультиплексора. Когда на выводе ЕС
низкий уровень сигнала, все ключи выключены, следовательно, на вход компара-
тора может быть подан другой сигнал. При необходимости могут применяться
и дополнительные каналы. Для адресации 32 каналов нужны всего пять адрес-
ных линий. Четыре младших бита поступают непосредственно на входы A-D, а так-
же на триггер ММ74С174, который используется в качестве защелки адреса для
двух ИС CD4051. Выходы 1Q - 3Q триггера подключены к адресным входам
ИС CD4051. Выходы 4Q и 5Q формируют сигналы разрешения для каждой ИС
CD4051. Сигнал с выхода 5Q после инверсии подается также на вход управле-
ния (ЕС), чтобы разрешить работу мультиплексора АЦП. (См. «National Semicon-
ductor», Application Note 258,1994, p. 596.)
[4041 АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Рис. 9.11. Простой 32-канальный АЦП
9.3.8. Простой дифференциальный 8-канальный АЦП
На рис. 9.12 представлена схема подключения АЦП ADC0816 17, обеспечиваю-
щая восемь дифференциальных входов, реализуемых с использованием програм-
много обеспечения. Все 16 каналов поделены на пары положительных и отрицатель-
ных входов. Управляющая логическая схема (или микропроцессор) подключает
каждый канал дифференциальной пары, считывает оба результата преобразова-
ния, а затем производит и\ вычитание. Для выполнения одного дифференциаль-
ного преобразования данный метод требует двух преобразований (по одному для
каждого из двух входов). В результате эффективное время дифференциального
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП
Рис.9.12
Простой 8-канальный дифференциальный АЦП
преобразования в два раза больше времени преобразования одного канала, что
немного превышает 200 мкс (при условии, что тактовая частота равна 640 кГц). Для
получения точных результатов напряжения на дифференциальных входах долж-
ны быть стабильными во время проведения преобразований. (См. «National Semi-
conductor», Application Note 258,1994, p. 597.)
9.3.9. Дифференциальный 16-канальный АЦП
На рис. 9.13 представлена схема подключения АЦП ADC0816/17, обеспечиваю-
щая работу АЦП с шестнадцатью дифференциальными входами. Она представляет
собой модификацию схемы, приведенной на рис. 9.11. Изменена адресация CD4051,
а между выходами мультиплексора и входом компаратора добавлен дифференци-
альный усилитель. Модифицирована логическая схема управления выборкой ИС
CD4051; при этом реализуется аналоговое вычитание сигналов на соответствую-
щих дифференциальных входах. Такая схема позволяет использовать только
одно преобразование АЦП для каждого дифференциального входа. Выходы трех
мультиплексоров подключены к дифференциальному усилителю, который со-
ставлен из двух инвертирующих усилителей, имеющих возможность подстройки
усиления и входного смещения. Применение конфигурации сдвоенного ОУ, со-
ставленного из инвертирующих усилителей, позволяет значительно упростить
процедуру подстройки и предъявляет менее строгие требования к подбору сопро-
тивлений обратной связи по сравнению с использованием одного ОУ. Передаточ-
ная функция для показанного на схеме сдвоенного ОУ имеет вид:
Промежуток времени между подключением канала и началом преобразова-
ния должен быть достаточным для того, чтобы аналоговый сигнал на входе
компаратора достиг установившегося значения. При использовании ОУ типа
LF353, приведенного на схеме, время задержки составляет около 5 мкс. Усиление
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Рис. 9.13. Дифференциальный 16-канальный АЦП
и входное смещение ОУ подстраиваются для обеспечения считывания как ну-
левого, так и полномасштабного выходного цифрового сигнала в требуемом диапа-
зоне входного аналогового сигнала. (См. «National Semiconductor», Application Note
258, p. 598.)
9.3.10. Схемы буферизации
На рис. 9.14 и 9.15 приведены две стандартные схемы буферизации (промежуточ-
ного согласования диапазонов сигналов и импедансов) для АЦП. Возможны три
основных диапазона уровней входного сигнала:
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП
Рис. 9.14. Схема буферизации с ОУ
Рис. 9.15. Схема буферизации для диапазона входных напряжений ±2,5 В
[4081 АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
означение сигналов превышает значение Vcc либо ниже потенциала «земли»;
о диапазон не выходит за пределы Vcc и потенциала «земли», но отличается от
диапазона напряжений опорного источника;
о диапазон соответствует диапазону напряжении опорного источника.
Для каждого из трех случаев требуется своя схема буферизации. Для последне-
го буферизация, как правило, не требуется, за исключением ситуации, когда импе-
данс источника входных сигналов имеет очень высокое значение. Тогда между
выходом мультиплексора и входом компаратора можно добавить буферный кас-
кад (см. рис. 9.14). ОУ с высоким входным и низким выходным импедансами сни-
жает входные токи мультиплексора.
Если диапазон входного сигнала находится в пределах напряжения источника
питания, но отличается от диапазона напряжении опорного источника (или диа-
пазон напряжений опорного источника не может быть установлен в соответствии
с диапазоном входного сигнала), вместо буферного каскада с единичным усиле-
нием используют другой операционный усилитель. Этот ОУ позволяет управлять
как усилением, так и смещением сигналов и, следовательно, получить полномас-
штабный диапазон входного напряжения, соответствующий опорному.
Когда входной сигнал превышает Vcc либо ниже потенциала «земли», уровень
входного сигнала должен быть смещен, прежде чем он поступит на мультиплек-
сор. Однако такое смещение уровня имеет ограничение, если диапазон входного
напряжения укладывается в 5 В, но отличается от напряжения источника пита-
ния менее чем на 0,5 В. В этом случае уровень источника питания входной НС мо-
жет быть смещен к уровню входного сигнала, а уровень цифрового выходного сиг-
нала - к уровню системного источника питания 5 В. Типичный пример смещения
уровней сигналов и буферизации - когда входной биполярный сигнал изменяется
от -2,5 до +2,5 В. Если у АЦП есть собственные источники питания и опорного
напряжения (см. рис. 9.15), то уровни выходных логических сигналов ±2,5 В мо-
гут быть сдвинуты к значениям логического уровня 0 и 5 В. (См. «National Semi-
conductor», Application Note 258, 1994, p. 599.)
9.3.11. АЦП с микропроцессорным управлением усиления
На рис. 9.16 представлена схема включения АЦП ADC0816/17, в которой микро-
процессор дистанционно управляет величиной коэффициента усиления входного
сигнала. В цепи обратной связи простого неинвертируюшего ОУ установлен ана-
логовый мультиплексор CD4051. Управление усилением ОУ осуществляется при
выборе одного из аналоговых переключателей И С CD4051. Таким образом про-
изводится подключение либо отключение одного из резисторов обратной связи.
При различных величинах сопротивления резисторов R2N можно получить разные
значения коэффициента усиления. Коэффициент усиления Av определяется следу-
ющим выражением: Av - 1 + (R2>j / Rj). Микропроцессор (или логическая управ-
ляющая схема) задает коэффициент усиления, записывая адрес канала в 4-разряд-
ный регистр ММ74С173. Выходной сигнал ОУ LF356B не должен превышать
напряжения источника питания. Следовательно, необходимы!'! коэффициент уси-
ления ОУ должен устанавливаться перед каждым подключением нового канала.
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП
Рис. 9.16. АЦП с микропроцессорным управлением усиления
Резистор с сопротивлением 1 кОм на выходе LF356B позволяет защитить вход ком-
паратора ют случайных перенапряжений (либо снижения напряжения). Два обрат-
но смещенных диода на входе Vcc и «земли» (типа 1N914, либо диоды Шоттки)
обеспечивают дополнительную защиту. (См. «National Semiconductor», Application
Note 258, 1994, p. 602.)
9.3.12. АЦП с выборкой и хранением
На рис. 9.17 и 9.18 приведены схемы включения АЦП ADC0816/0817, реализую-
щие функцию выборки и хранения (эта операция - единственная из основных для
системы сбора данных, которая не включена в набор функций АЦП указанного
типа). При большой скорости смены входных сигналов применяется быстрый за-
хват сигнала и его удержание (хранение), пока АЦП не преобразует его в цифро-
вую форму. Эти операции можно осуществить введением устройства выборки
и хранения между выходом мультиплексора п входом компаратора. В простейшем
виде выход мультиплексора соединяется с входом компаратора и с конденсато-
ром, подключенным к «земле». Вывод расширения управления в этом варианте
используется как вход управления выборкой. Когда на выводе EXPAND высо-
кий уровень сигнала, один из ключей включен и напряжение на конденсаторе
соответствует входному. Когда же на этом выводе низкий уровень сигнала, все
ключевые элементы выключены, а на конденсаторе сохраняется прежнее значение
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Рис 9.17
АЦП с выборкой и хранением
на ОУ LF356
Рис 9.18
АЦП с выборкой и хранением на
ИС LF398
напряжения. К сожалению, это простое решение приводит к большим погреш-
ностям.
Входной ток компаратора составляет около 2 мкА (в худшем случае - при такто-
вой частоте 640 кГц). Снижение напряжения (скорость разряда) для конденсато-
ра емкостью 1000 пФ составляет около 2000 В/с (или 0,2 В за время однократного
преобразования). Такая величина недопустима с точки зрения погрешности
преобразования. При использовании конденсатора емкостью 0,01 мкФ разряд
составляет порядка 20 мВ, что более приемлемо. Однако время выборки будет
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП
составлять около 100 мкс, что сравнимо с временем преобразования. Схема,
представленная на рис. 9.17, устраняет проблему, связанную с погрешностью из-
за высокого значения тока утечки на входе компаратора. При включении буфер-
ного каскада LF356 между выходом мультиплексора и входом компаратора ток
утечки удается снизить с 2 мкА до примерно 100 пА. Снижение напряжения за
время одного преобразования составит менее 1,0 мкВ (при использовании конден-
сатора емкостью 1000 пФ, показанного на схеме), а время выборки - порядка 20 мкс
(вместо 100 мкс). В схеме, приведенной на рис. 9.18, ИС выборки и хранения LF398
изолирует конденсатор как от выводов мультиплексора, так и от выводов компарато-
ра. Время выборки для LF398 составляет, как правило, около 4 мкс (при точности до
1%), а разряд конденсатора - порядка 20 мкВ за время одного преобразования. Так
как у ИС LF398 имеется собственный вход выборки и хранения, то вывод расшире-
ния управления АЦП освобождается для использования в нормальном режиме.
В схеме хранения рекомендуется использовать конденсатор с минимальными диэлек-
трическими потерями (с полипропиленовой или полистироловой изоляцией). (См.
«National Semiconductor», Application Note 258, 1994, p. 604.)
9.3.13. Организация интерфейса АЦП/МП
На рис. 9.19 и 9.20 приведены рабочие алгоритмы интерфейса АЦП/МП для режи-
ма управления прерываниями и режима ввода/вывода. Каждый из этих алгоритмов
Рис.9.19
Алгоритмы интерфейса АЦП/МП
для режима управления прерывани-
ями
Примечания к рис.:
* - блоки используются толь-
ко в том случае, когда сигнал
окота пия преобразования
ЕОС поступает непосред-
ственно на вход прерывания
центрального процессора.
*" - блоки используются толь-
ко тогда, когда прерывания от
различных источников объеди-
няются вместе.
•*• - блок используется при про-
граммном сбросе mputiepa пре-
рывания.
•••* - прерывания могут быть
разрешены в любой чо мент
после сброса аппаратного пре-
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
может использоваться с АЦП ADC0816/17, но процедура
ввода/вывода обычно требует подключения дополнительных
внешних компонентов. В режиме ввода/вывода микропро-
цессор (или центральный процессор) периодически обраща-
ется к АЦП, который воспринимается как порт ввода/выво-
да по отношению к центральному процессору. В режиме
управления прерываниями АЦП может прерывать работу
микропроцессора аналогично устройству памяти. С точки зре-
ния разработчика системы, главное - обеспечить прием мик-
ропроцессором сигнала окончания преобразования от АЦП
(ЕОС, см. рис. 9.4). Хотя реальная организация циклов
считывания и записи микропроцессоров различна, боль-
шинство из них выдает выходные сигналы адресов и данных
(во время записи) на системные шины. Спустя некоторое
время активизируется либо считывающий, либо записываю-
щий строб определенной длительности. Управляющая логи-
ческая схема интерфейса должна определить состояние шин
адреса данных и инициировать дальнейшие действия. Для
АЦП ADC0816/17 эти действия должны предусматривать
следующее:
1. Загрузить адрес канала.
2. Начать процесс преобразования.
3. Зафиксировать окончание преобразования (выде-
лить сигнал ЕОС).
4. Считать результирующие данные.
Перечисленные функции выполняются путем декодиро-
вания стробов чтения/записи, адресов и данных. После де-
кодирования формируются сигналы разрешения считыва-
ния адреса (ALE) и запуска (START), затем фиксируется
появление импульса окончания преобразования (ЕОС)
и, наконец, считываются данные. (См. «National Semicon-
ductor», Application Note 258, 1994, p. 605.)
Рис. 9.20. Алгоритмы
интерфейса АЦП/
микропроцессор для
режима ввода/вывода
9.3.14. Упрощенный интерфейс с МП 8080
На рис. 9.21 представлена схема организации интерфейса между АЦП ADC0816/17
и классическим микропроцессором типа 8080 (INS8080/8224/8228). Приведенный
пример согласования довольно прост, так как центральный процессор INS8080
имеет в режиме ввода вывода (I/O) отдельные стробы считывания (I/OR) и за-
писи (I/OW), то есть отдельную адресацию ввода/вывода. В результате в этой си-
стеме интерфейса либо совсем не требуется дешифрирование адреса, либо оно ми-
нимально. Две схемы ИЛИ-НЕ используются для управления стробами ввода/
вывода (I/O) при помощи старшего адресного бита А7. (Микропроцессор INS8080
имеет 8-разрядный адрес порта, что обеспечивает максимум четыре порта ввода/
вывода, если входы А - D подключены к адресной шине.) Триггер ММ74С74
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП
Рис. 9.21. Упрощенный
интерфейс с МП 8080
Примечание к рис. Для улуч-
шения совместимости с ТТЛ
схемами к КМОП входам могут
быть подключены подтягиваю-
щие резисторы (резисторы сме-
щения).
Рис. 9.22. Интерфейс с МП 8080 с частичным дешифрированием
Примечание к рис. Для улучшения совместимости с ТТЛ схемами к КМОП входам могут быть под-
ключены подтягивающие резисторы.
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Рис. 9.23. Упрощенный интерфейс с МП Z80
Примечание к рис. Дчя улучшения совместимости с ТТЛ схемами к КМОП входам могут быть под-
ключены подтягивающие резисторы.
используется в качестве делителя частоты тактовых импульсов на два (для полу-
чения тактовой частоты преобразования 1 МГц). Если частота системного такто-
вого генератора равна или меньше 1 МГц, этот триггер может быть исключен. Как
правило, типовая программа, обеспечивающая работу АЦП для схемы, приведен-
ной на рис. 9.21, сначала записывает адрес канала (А7) в качестве стартового сиг-
нала. Для установки входа компаратора в рабочее состояние на АЦП посылается
второй запускающий импульс. После этого центральный процессор может выпол-
нять другие программные сегменты до тех пор, пока его работа не будет прервана
сигналом окончания преобразования (высокий уровень на линии ЕОС). В зависи-
мости от структуры прерывания управление передается программе обработки
прерываний, которая считывает данные преобразователя. (См. «National Semi-
conductor*, Application Note 258,1994, p. 606.)
9.3.15. Интерфейс с МП 8080 с частичным дешифрированием
На рис. 9.22 приведена схема включения АЦП ADC0816/17 совместно с двойным
дешифратором DM74LS139, образующая интерфейс 8080 с частичным дешифри-
рованием. Одна половина дешифратора DM74LS139 использована для формиро-
вания импульсов считывания, другая - для импульсов записи. Сигналы Start (За-
пуск) и ОЕ (Разрешение выхода) инвертированы для обеспечения правильной
полярности импульсов. В этом варианте интерфейса дешифрируются разряды А6
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП
Рис. 9.24. Интерфейс с МП Z80 с дешифрированием
Примечание к рис. Для улучшения совместимости с ТТЛ схемами к КМОП входам могут быть под-
ключены подтягивающие резисторы.
и А7, что обеспечивает большие возможности ввода/вывода по сравнению со схе-
мой, представленной на рис. 9.21. В схеме на рис. 9.22 реализована простая проце-
дура ввода/вывода в режиме опроса. По сигналу считывания от INS8080 выход
ЕОС (Окончание преобразования) подключается к шине данных с помощью ин-
вертора с тремя состояниями.
9.3.16. Упрощенный интерфейс с МП Z80
На рис. 9.23 приведена схема включения АЦП ADC0816/17, реализующая про-
стой интерфейс с классическими микропроцессорами типа Z80. Хотя архитектура
микропроцессора Z80 сходна с архитектурой INS8080, он использует несколько
иные линии управления для осуществления чтения и записи в режиме ввода/вы-
вода. Для стробирования команд ввода/вывода также применяются логические
схемы ИЛИ-НЕ. Однако микропроцессор Z80 имеет считывающие (RD) и запи-
сывающие (WR) стробы, которые должны комбинироваться с сигналом запроса
на ввод/вывод (IOREQ). Вывод Start подключен к выводу ОЕ. Это запускает но-
вый процесс преобразования всякий раз, когда разряды данных считаны. (Такая
конфигурация может оказаться полезной, если преобразователь должен постоянно
перезапускаться после завершения цикла предыдущего преобразования.) Адресный
|41б"| АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
разряд А6 используется для управления стробом, при помощи которого сигнал
окончания преобразования (ЕОС) поступает на шину данных для считывания
центральным процессором. (См. «National Semiconductor», Application Note 258,
1994, p. 607.)
9.3.17. Интерфейс с МП Z80 с дешифрированием
На рис. 9.24 приведена схема включения АЦП ADC0816/17, позволяющая дешиф-
рировать адресные разряды интерфейса микропроцессора Z80. Шестиразрядный
цифровой компаратор используется для дешифрирования сигналов на шинах с А4
по А7 и IOREQ. С помощью двух логических схем ИЛИ-НЕ осуществляется уп-
равление входами ALE/START (Разрешение считывания адреса/Запуск) и ОЕ
(Разрешение выхода). Работа этой схемы аналогична представленной на рис. 9.23.
Отличие заключается в том, что DM8131 обеспечивает более полное дешифриро-
вание. (См. «National Semiconductor», Application Note 258,1994, p. 608.)
9.3.18. Интерфейс с МП NSC800 с частичным дешифрированием
На рис. 9.25 приведена схема включения АЦП ADC0816/17, реализующая ин-
терфейс МП NSC800 с частичным дешифрированием. Этот интерфейс анало-
гичен интерфейсу МП 8080, хотя их временные характеристики существенно
различаются. NSC800 устанавливает восемь младших адресных разрядов на
шину адреса/данных в начале каждого цикла. При выборке из памяти разряды
Рис. 9.25. Интерфейс с МП NSC800 с частичным дешифрированием
Примечание к рис. Для улучшения совместимости с ТТЛ схемами к КМОП входам могут быть под-
ключены подтягивающие резисторы
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП D171
с АО по А7 должны быть считаны в начале цикла считывания или записи. При
обращении к режиму ввода/вывода (I/O) NSC800 дублирует восьмиразрядный
адрес на адресные шины А8 - А15. Запоминание необязательно, так как эти
шины не мультиплексируются. Для формирования стробов считывания и за-
писи используются сигналы с линий RD (считывание) и WR (запись) и сигнал
IO/M. Сдвоенный 2-4-дешифратор дешифрирует разряды А15 и А14, причем
А14 разблокируется стробами записи-чтения. Инверторы с тремя состояниями
используются для дешифрирования так же, как на рис. 9.22. Применение двой-
ных импульсов не требуется, так как сигналы START (Запуск) и ALE (Разре-
шение считывания адреса) подаются раздельно. (См. «National Semiconductor»,
Application Note 258, 1994, p. 608.)
9.3.19. Упрощенный интерфейс с МП NSC800
На рис. 9.26 приведена схема включения АЦП ADC0816/17, в которой использу-
ется упрощенный (минимальный) вариант интерфейса МП NSC800. Здесь при-
меняется логическая схема ИЛИ-НЕ (аналогичная использованной в схеме на
рис. 9.21, но с другими сигналами управления). Когда сигнал окончания преобразо-
вания (ЕОС) переходит на высокий уровень, срабатывает триггер (ММ74С74) и вы-
ход INTR переходит в состояние низкого логического уровня. При подтверждении
Примечание к рис. Для улучшения совместимости с ТТЛ схемами к КМОП входам могут быть под-
ключат подтягивающие резисторы.
[4181 АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
от NSC800 приема прерывания переводом INTA на низкий уровень триггер сбра-
сывается. Если одновременно происходят несколько прерываний, то INTA должен
стробироваться сигналом окончания преобразования (ЕОС), либо должен исполь-
зоваться иной сигнал управления, а не INTA. Это требование вызвано тем, что
NSC800 может принять другое прерывание и сбросить прерывание от АЦП до
того, как результат преобразования будет зафиксирован. (См. «National Semicon-
ductor», Application Note 258,1994, p. 609.)
9.3.20. Упрощенный интерфейс с МП 6800
На рис. 9.27 приведена схема включения АЦП ADC0816/17, в которой использу-
ется упрощенный (минимальный) вариант интерфейса МП 6800. В схеме приме-
нен цифровой компаратор DM8131 для частичного дешифрирования адресных
разрядов А12 - А15 с использованием двухфазного тактирования и сигнала VMA
(адреса ячейки памяти). Таким образом обеспечивается получение импульса де-
шифрирования адреса для двух логических схем ИЛИ-НЕ, которые, в свою оче-
редь, формируют импульс START/ALE и сигнал ОЕ. Сигнал окончания преобра-
зования (ЕОС) подается в качестве сигнала прерывания (IREQ) через инвертор
и используется только в системах с одиночным прерыванием, так как у 6800 нет
возможности сбросить прерывания (за исключением начала нового цикла преоб-
разования). Так как сигнал ЕОС непосредственно связан с входом прерывания,
Примечание к рис. Для улучшения совместимости с ТТЛ схемами к КМОП входам могут быть под-
ключены подтягивающие резисторы.
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП
управляющая программа не должна повторно разрешать прерывание в течение
восьми тактов синхросигнала АЦП после подачи запускающего импульса (START),
то есть пока выход ЕОС находится в состоянии низкого логического уровня.
(См. «National Semiconductor», Application Note 258,1994, p. 610.)
9.3.21. Интерфейс с МП 6800 с частичным дешифрированием
На рис. 9.28 приведена схема включения АЦП ADC0816/17, в которой использу-
ется интерфейс МП 6800 с частичным дешифрированием адресных разрядов. Он
имеет больше стробов порта ввода/вывода по сравнению со схемой, представлен-
ной на рис. 9.27. Для дешифрирования адресов применяются логическая схема
И-НЕ и инвертор, а также сигналы VMA и двухфазного тактирования. Формат
16-разрядных двоичных адресных слов для управления АЦП выглядит так:
11110ХХХХХААВВВВ,
где X не имеет значения;
АА (А4, А5) равны 00 при выдаче сигнала ALE или считывании сигнала сброса
IREQ/EOC;
Рис. 9.28. Интерфейс с МП 6800 с частичным дешифрированием
Примечание к рис. Для улучшения совместимости с ТТЛ схемами к КМОП входам могут быть под-
ключены подтягивающие резисторы.
f420l АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
А А (А4, А5) равны 01 при выдаче сигнала START или считывании данных;
ВВВВ (АО -A3) - адрес выбранного канала АЦП, если А - D подключены к ад-
ресной шине и получен сигнал ALE.
Для формирования этих стробов использован сдвоенный 2-4-дешифратор. Инвер-
торы необходимы для создания требуемых логических уровней. МП 6800 поддержи-
вает только структуру прерываний с проводным ИЛИ. Если в системе возможно по-
ступление сигналов прерывания от различных устройств, то при получении такого
сигнала стандартная программа управления прерываниями должна определить,
Рис. 9.29. Функциональная схема перемножающего ЦАП
Примечание к рис. Приведена упрощенная функциональная схема КМОП ЦАП DAC1020 для пяти
старших разрядов. КМОП ЦАП других типов аналогичны по принципу действия, но содержат
встроенные ло/ические схемы, позволяющие упростить интерфейс с базовыми микропроцессорными
системами. Типичный пример - ЦАП DAC1000
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП [421
какое из устройств его вызвало, и обслужить именно это устройство. Для выпол-
нения таких действий сигнал ЕОС выведен на шину данных и может контролиро-
ваться центральным процессором. (См. «National Semiconductor», Application Note
258, 1994, p. 610.)
9.3.22. Перемножающие ЦАП
На рис. 9.29 представлена функциональная схема перемножающего ЦАП. Так как
четырехквадрантные ЦАП позволяют цифровому слову воздействовать на анало-
говый вход (и наоборот), выходной сигнал может отображать сложную функцию.
Перемножающие КМОП ЦАП позволяют подавать переменные биполярные ана-
логовые сигналы на опорный вход. (См. «National Semiconductor», Application Note
269, 1994, p. 659.)
9.3.23. Генератор синусоидальных сигналов с цифровым управлением
На рис. 9.30 приведена схема генератора сигналов синусоидальной формы с изме-
няемой частотой на базе ЦАП DAC1020. При цифровом управлении схема может
генерировать сигналы с частотой до 30 кГц. Линейность частоты выходного сигнала
Рис. 9.30. Генератор сигналов синусоидальной формы с изменяемой частотой
Примечание к рис. В схеме применяются диоды типа 1N4148. * - 1 % пленочный резистор
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
относительно входного цифрового кода не хуже 0,1% для каждой из 1024 дискрет-
ных выходных частот. Для настройки схемы необходимо установить все цифро-
вые входы ЦАП в состояние высокого логического уровня и подстроить потенци-
ометром 25 кОм выходной сигнал на частоту 30 кГц (настройку частоты нужно
контролировать частотомером). Затем следует подключить анализатор искажений
к выходу схемы и минимизировать искажения потенциометрами 5 и 75 кОм. И на-
конец, с помощью переменного резистора 1 МОм нужно установить необходимый
уровень выходного сигнала. Схема обеспечивает быстрое переключение выходной
частоты - см. рис. 9.31.
Отметим, что частота выходного сигнала изменяется практически мгновенно (без
нежелательных задержек) более чем на порядок в соответствии с цифровыми коман-
дами (верхний сигнал на рис. 9.31). При работе схемы в широком температурном
диапазоне изменение сопротивления внутренней многозвенной резистивной «лестни-
цы» ЦАП может вызвать погрешность, которая компенсируется реверсированием
входов усилителя А2 и введением дополнительного усилителя (показан пунктирной
линией на рис. 9.30) между ЦАП и А1. Так как этот усилитель использует внутренний
резистор обратной связи ЦАП (см. рис. 9.29), температурная погрешность резистив-
ной «лестницы» будет компенсирована, что приведет к более стабильной работе схе-
мы. (См. «National Semiconductor», Application Note 269,1994, p. 660.)
Рис 9.31
Осциллограмма сигналов генератора
9.3.24. Цифровой потенциометр
На рис. 9.32 приведена схема цифрового потенциометра на базе ЦАП DAC0830.
В этой схеме входное цифровое слово умножается на приложенное опорное на-
пряжение. Результирующее выходное напряжение представляет собой полученное
произведение, нормализованное с точностью определяемой ЦАП. ОУ преобразует
выходной ток ЦАП в напряжение с использованием резистора обратной связи
15 кОм, находящегося внутри ЦАП. Для сохранения линейности выходного сиг-
нала напряжение на двух выходных токовых выводах должно быть как можно
ближе к нулю. Поэтому необходимо, чтобы напряжение смещения на входе ОУ
было нулевым. Степень нелинейности определяется соотношением Vos и VREF.
При использовании цифрового потенциометра для регулировки переменного сиг-
нала (например, в аудиотехнике) во всем диапазоне приложенного опорного на-
пряжения (даже при его переходе через нулевое значение) линейность ЦАП
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП [423]
позволяет снизить искажения синусоидального сигнала амплитудой 10 В до 0,004%.
(См. «National Semiconductor», Application Note 271,1994, p. 665.)
93.25. Цифровой потенциометр с комбинированным усилителем
На рис. 9.33 приведена схема цифрового потенциометра на базе ЦАП DAC1208
с улучшенными характеристиками по сравнению с устройством, рассмотренным
выше. Схема на рис. 9.33 сочетает прекрасные входные характеристики по посто-
янному току классического LM11 с высоким быстродействием LF 351. (См. «Na-
tional Semiconductor», Application Note 271,1994, p. 665.)
Рис. 9.33. Цифровой потенциометр с комбинированным усилителем
Примечание к рис. Время установления выходного напряжения равняется примерно 8 мкс при пе-
реходе от нулевого к максимальному значению.
9.3.26. ЦАП со смещенным уровнем выходного сигнала
На рис. 9.34 приведена схема включения ЦАП DAC1208 со смещенным уровнем
выходного сигнала. Смещение достигается прибавлением фиксированного значе-
ния тока к выходному току ЦАП, формирующему выходное напряжение операци-
онного усилителя. Приложенное опорное напряжение служит в качестве постоян-
ной части выходного напряжения и добавляется к неременной части выходного
напряжения, зависящего от заданного цифрового кода. (См. «National Semicon-
ductor», Application Note 271,1994, p. 665.)
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
9.3.27. Использование ЦАП с одним источником питания
На рис. 9.35 приведена схема включения ЦАП DAC1000, позволяющая работать
от одного источника питания. Многозвенная резистивная «лестница» типа R-2R
может быть использована в качестве схемы, переключающей напряжение с целью
предотвратить инверсию выходного напряжения, которая довольно часто наблю-
дается в режиме переключения токов. В рассматриваемой схеме опорное напря-
жение прикладывается к выводу IOtjtih уменьшается многозвенной резистивной
-лестницей» пропорционально задаваемому коду. Затем уменьшенное напряже-
ние выводится через контакт VREF без инверсии фазы. Для того чтобы обеспечить
линейный режим работы при питании от одного источника, прикладываемое на-
пряжение должно быть менее 3 В для десятиразрядных ЦАП или же менее 5 В
для восьмиразрядных ЦАП. Напряжение питания ЦАП должно быть, по крайней
мере, на 10 В более положительным, чем опорное напряжение. Это гарантирует,
что КМОП ключи резистивной «лестницы •> будут иметь достаточный запас по на-
пряжению для своего полного включения. В схему может быть добавлен внешний
ОУ, обеспечивающий усиление выходного напряжения ЦАП во всем диапазоне
размаха выходного напряжения. Как правило, эта схема обеспечивает хорошую
линейность для восьми- и десятиразрядных ЦАП, но не гарантирует работоспо-
собность с 12-разрядными ЦАП (так как при этом требуются очень малые значе-
ния опорного напряжения). При необходимости применения 12-разрядной схемы
следует использовать ЦАП, специально разработанные для питания от одного
источника. (См. -National Semiconductor», Application Note 271,1994, p. 666.)
Рис 9.35
Схема включения ЦАП при
питании от одного источника
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП
9.3.28. ЦАП с биполярным выходным сигналом
На рис. 9.36 приведена схема включения ЦАП DAC0830, которая обеспечивает
биполярный выходной сигнал при однополярном источнике опорного напря-
жения. Схема выполнена с использованием второго операционного усилителя
в выходной аналоговой цепи. Фактически эта цепь определяет значение знака
для самого старшего двоичного разряда входного цифрового слова, позволяя
выполнить четырехквадрантное умножение опорного напряжения. Полярность
опорного напряжения может быть реверсирована (или может использоваться
сигнал переменного тока) для того, чтобы реализовать полное четырехквадран-
тное умножение. (См. «National Semiconductor», Application Note 271, 1994,
p. 666.)
Таблица 9.3. Таблица преобразования ЦАП с биполярным выходным сигналом
•»¦«
Рис. 9.36. ЦАП с биполярным выходным сигналом
Примечание к рис. * - лучше применять резисторы фирмы Beckman Instruments, Inc.
9.3.29. Усилитель, управляемый ЦАП
На рис. 9.37 приведена схема включения ЦАП DAC1000, позволяющая управлять
выходным сигналом усилителя LF351. В рассматриваемой схеме ЦАП использует-
ся как элемент обратной связи инвертирующего усилителя. Многозвенная резис-
тивная «лестница» типа R-2R цифровым способом изменяет величину выходного
сигнала цепи обратной связи, поступающего на суммирующий вход усилителя.
Сопротивление обратной связи можно представить изменяющимся от пример-
но 15 кОм до бесконечности при изменении входного кода от полного значения
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
до нуля. Внутренний резистор обратной связи используется в качестве входного
резистора усилителя. Когда все входные разряды имеют нулевые значения, цепь об-
ратной связи разомкнута и на выходе ОУ
устанавливается напряжение насыщения.
(См. «National Semiconductor», Application
Э11„ Note 271,1994, p. 667.)
9.3.30. Умножитель емкости
На рис. 9.38 приведена схема включения
ЦАП DAC0830 в качестве умножителя емко-
сти. Рассматриваемая схема представляет
собой усилитель, управляемый ЦАП (ис-
пользуемый для умножения емкости), чтобы
микропроцессор мог обеспечить управление
частотными или временными характеристи-
ками системы. Микропроцессор управляет
цифровым входом ЦАП, который, в свою
очередь, управляет усилителем для измене-
Рис. 9.37. Усилитель, управляемый ЦАП ння веЛичины емкости. Эта емкость может
использоваться для изменения постоянной
времени RC-цепей, меняя, таким образом, либо время, либо частоту. В рассматри-
ваемой схеме ЦАП регулирует усиление каскада с фиксированной емкостной об-
ратной связью. Эквивалентная входная емкость такого каскада благодаря эффекту
Миллера равна величине фиксированной емкости, умноженной на сумму коэф-
фициента усиления и единицы. Напряжение на эквивалентной входной емкости
(CEqUIV)относительно «земли» ограничено максимальным значением выходного
Рис 9.38
Умножитель емкости
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП
напряжения ОУ А1, деленному на сумму единицы и величины 2n/ D, где п - раз-
рядность ЦАП, a D - десятичный эквивалент двоичного входного сигнала. (См.
«National Semiconductor», Application Note 271, p. 667.)
9.3.31. ЦАП с увеличенными выходными напряжениями и токами
На рис. 9.39 показаны варианты включения ЦАП DAC1006, обеспечивающие вы-
сокое выходное напряжение (как униполярное, так и биполярное). Выходной ток
рассматриваемых схем определяется предельным выходным током ОУ LM143
(как правило, около 20 мА). На рис. 9.40 приведен пример использования допол-
нительного каскада усиления мощности на дискретных элементах, позволяющего
увеличить выходной ток (до 100 мА при 100 В). (См. «National Semiconductor»,
Application Note 271, 1994, p. 668.)
Рис. 9.39. ЦАП с увеличенным выходным напряжением
9.3.32. Токовый контроллер на основе ЦАП
На рис. 9.41 приведена схема включения ЦАП DAC1230, обеспечивающая цифро-
вое управление токовой нагрузкой величиной до 1 А. Рассматриваемая схема мо-
жет найти применение в схемах управления нагревателями, компенсации вращатель-
ного момента шаговых двигателей, автоматического испытательного оборудования.
Основной источник нелинейности этой схемы - стабильность токочувствитель-
ного сопротивления RSENSE (при изменении рассеиваемой мощности). Для мини-
мизации нелинейности величина сопротивления токочувствителыюго элемента
должна быть как можно меньше. Опорное напряжение также следует снизить (до
[4281 АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Рис. 9.40. ЦАП с увеличенным выходным током
-1В) для обеспечения требуемого диапазона выходного тока. Чтобы свести
к минимуму базовый ток, одновременно поддерживая на требуемом уровне кол-
лекторный, протекающий в нагрузке, используется утроенная схема Дарлингто-
на. (См. -National Semiconductor», Application Note 271,1994, p. 669.)
9.3.33. Контроллер токовой петли на основе ЦАП
На рис. 9.42 приведена схема включения ЦАП DAC0830, обеспечивающая циф-
ровое управчение током 3 20 мА в стандартной токовой петле, используемой
Рис. 9.41. Токовый контроллер на основе ЦАП
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП [429
Рис. 9.42. Контроллер токовой петли на основе ЦАП
в промышленности. Схема имеет только два внешних вывода, и все ее компо-
ненты, включая ЦАП, запитываются непосредственно от петли. Выходной тран-
зистор поддерживает ток, обеспечивающий во всех условиях равенство паде-
ния напряжения на резисторах R3 и R2. Это напряжение, а следовательно и общин
ток петли, прямо пропорционально выходному току ЦАП. Переменное сопро-
тивление R1 задает ток петли (при нулевом значении кода) равным 4 мА, a R2
используется для подстройки выходного тока до значения 16 мА (при макси-
мальном значении кода ЦАП). Схема в целом «плавает» относительно потенциала
«земли» при различных сопротивлениях и токах петли. Разность напряжений меж-
ду входным и выходным выводами должна поддерживаться в интервале 16-55 В,
а цифровые входы ЦАП должны быть электрически изолированы от потенци-
ала «земли» управляющего микропроцессора. Такая изоляция лучше всего дос-
тигается с помощью оптронов. В системах, где не используются микропроцессоры,
а управляющая информация поступает, например, от дискового переключате-
ля (либо от аналогичного механического устройства), цифровые входные сиг-
налы для ЦАП могут быть получены от КМОП логических элементов, преоб-
разующих цифровую информацию из двоично-десятичной формы в двоичную.
Общий ток потребления всех использованных микросхем, естественно, не дол-
жен превышать 4 мА, и величина резистора R1 должна быть установлена соот-
ветствующим образом. (См. «National Semiconductor», Application Note 271.
1994, p. 670.)
[430] АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
9.3.34. Цифровая компенсация веса тары
На рис. 9.43 приведена схема включения ЦАП DAC0830 и АЦП ADC0801, исполь-
зуемая для цифровой компенсации веса тары при взвешивании. Это устройство
применяется в системах взвешивания, где вес измерительной площадки или кон-
тейнера автоматически вычитается из полного веса объекта. Это расширяет диа-
пазон взвешивания, так как предотвращает преждевременное зашкаливание при-
бора и позволяет автоматически определять действительный вес.
Сначала на ЦАП подается нулевой код и устанавливается начальное значение
уровня входа системы взвешивания. Затем производится преобразование входно-
го сигнала системы, после чего на ЦАП подается соответствующий код. Таким
образом, выходное напряжение ЦАП будет пропорционально весу тары и равно
входному напряжению, но с противоположным знаком. На выходе усилителя и вхо-
де АЦП устанавливается напряжение, равное нулю, то есть вес тары будет скомпен-
сирован. (В рассматриваемой схеме используется восьмиразрядный АЦП.) Напря-
жение на выходе ЦАП поддерживается постоянно, поэтому любое последующее
значение выходного сигнала АЦП соответствует весовой величине относительно
начального (опорного) значения. Для того чтобы выходное напряжение ЦАП соот-
ветствовало входному напряжению АЦП с необходимой точностью, оба прибора
должны запитываться от одного источника опорного напряжения. Для дифферен-
циальных входных сигналов может быть использован измерительный усилитель
(например, LM363). Вывод опорного напряжения усилителя LM363 может управ-
ляться непосредственно от ЦАП (как показано на рис. 9.43). Это позволит задать
напряжение смещения на входе АЦП. (См. «National Semiconductor», Application
Note 271, 1994, p. 670.)
Рис. 9.43. Схема для цифровой компенсации веса тары
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Аналого-цифровое преобразование
абсолютных величин 400
относительных величин 398
Аналого-цифровые преобразователи
(АЦП) 393
32-канальный 403
восьмиразрядный, с внутренним
16-канальным мультиплексором 397
с выборкой и хранением 409
с микропроцессорным управлением
усиления 408
дифференциальный
8-канальный 404
16-канальный 405
проверка и поиск неисправностей 393
согласование по входу 401,406
использование источника опорного
напряжения в качестве источника
питания 400,401
упрощенный интерфейс АЦП/МП 411
сМП6800 418
с частичным
дешифрированием 419
СМП8080 412
с частичным
дешифрированием 414
сМГШ5С800 417
с частичным
дешифрированием 416
cMnZ80 415
с дешифрированием 416
Быстродействующие устройства
аналоговый перемножитель
в диапазоне частот до 50 МГц 196
двухпороговый
усилитель-компаратор 190
дифференциальный приемник
сигналов с двухпроводной линии 187
дифференциальный усилитель-
компаратор с регулируемым
порогом 189
приемник для волоконно-оптической
линии связи 194
адаптивный 194
фотоинтегратор 193
В
Видеоусилитель 182
двухканальный 180
Выносной датчик измерителя рН
со встроенным усилителем 260
Выпрямитель/вольтметр переменного
тока с диодным мостом 179
Выпрямители на ОУ
двухполупериодный
на одном ОУ 255,259
однополупериодный 256
Генератор гармонических колебаний
с мостом Вина 172
высокостабильный 176
многодиапазонный 173
с автоматической подстройкой
сигнала 177
с кварцевой стабилизацией
частоты 171
с лампой накаливания 172
с подавлением синфазного
сигнала 172
с электронной стабилизацией
амплитуды сигнала 174
с подавлением синфазного сигнала
моста 177
Генератор прямоугольных импульсов 170
500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
д
Детектор с окном 271
Децибелы
измерения абсолютных величин 203
основные понятия 201
сложение децибелов 202
соотношения для удвоения
мощности 202
сравнения величин напряжений
и токов 203
Дифференциальные усилители
с однополярным питанием 268
Драйверы для МОП переключателей
двунаправленные 360
для напряжений 18-28 В 361,362
для работы в схемах
напряжением 3,3 В 364
сдвоенные на повышенные
напряжения 359
снижение влияния бросков тока
при высокоемкостных нагрузках 360
Замена батареи напряжением 9 В двумя
элементами типа АА 370
Зарядные устройства для аккумуляторов
для ускоренного заряда 347
никель-кадмиевых 345
для четырех аккумуляторов 344
с линейным стабилизатором 351
стабилизатор/зарядное устройство
схема контроля напряжения заряда 391
термочувствительное 344
переключаемое 346
с низкоомным источником
заряда 347
Защита цепи питания
интерфейса SCSI 366
И
Измерение параметров коммутаторов
и ключей 70
времени задержки переключения
каналов относительно адресных
сигналов 75
времени перекрытия переключаемых
каналов 75
емкости канала 77
задержки переключения каналов
относительно сигнала разрешения
переключения 75
заряда переключения 76
прямого сопротивления замкнутого
ключа 72
развязки между включенными
каналами 77
развязки разомкнутого ключа 76
тока утечки замкнутого ключа 72
тока утечки разомкнутого ключа 73
Инвертирующий усилитель 252
Инвертор с изменяемым выходным
напряжением 328
Индикатор на светодиодах 272
Интегральные микросхемы
ADC0816 397
ADC0817 397
СА3085 293
СА3094В 241
DAC0801 430
DAC0830 422,425,428,430
DAC1000 424
DAC1006 427
DAC1020 421
DAC1208 423
DAC1230 427
DS1231 45
DS1232LP/LPS45 46
DS1236 47 48
ICL7650 234
ICL7805S 234
IH5040-5045/5047 84
LM111 245,249
LM139 249,250
LT1004 295
LT1006 346
LT1010 178
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
LT1011 170,295
LT1016 179
LT1019 189
LT1021 153,164
LT1034 158
LT1054 159
LT1055 174,177
LT1070 290
LT1074 321
LT1076 321
LT1086 295
LT1097 182
LT1115 178
LT1173 375
LT1173-5 370
LT1191 182
LT1220 196,198
LT1270 370
LTC201A 170
LTC1044 158
LTC1043 162
LTC1153 365
LTC1154 361
LTC1155 344,359,361,362
LTC1156 361,362
LTC1157 364
МАХ131 260
МАХ200 100,105
МАХ201 107
МАХ202/203 108,115
МАХ204/205 109
МАХ206 101
МАХ207 111
MAX208 112
MAX209 113
MAX211/213 101,115
MAX214 117,119
MAX218 117,122
MAX220 93,98
MAX222/242 95,99,103
MAX225 126,129
MAX230 99,124
MAX231 124
MAX232/233 95,115,123,125
MAX234 125
MAX235 99,127
MAX236 99,127
MAX237 128
MAX238 128
MAX239 129
MAX240 130
MAX241 100,101,115
MAX241/223 131
MAX243 132
MAX244 132
MAX245 130,133
MAX246 131,134
MAX247 135,138,139
MAX248 136,138,139
MAX249 137,138,139
MAX250/251 96,97
MAX252 97
MAX253 140,147
MAX301/303/305 76,77
MAX310 81,258
MAX326/327 70,73
MAX328/329 73,76,81
MAX334 82
MAX335 85,89
MAX358 77
MAX366/367 90
MAX368/369 78,81
MAX402 256
MAX403 256
MAX406 260,262
MAX407 262
MAX412 251
MAX420 252
MAX427 265,266
MAX437 266
MAX440 254
MAX442 254
MAX478 268
MAX479 268
MAX480 255,260
MAX481/483/485/487 147 149
[434] 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
МАХ488/490 149,152
МАХ489/491 152
МАХ492 269
МАХ494 269
МАХ495 269
МАХ619 313
МАХ620 295
МАХ621 295
МАХ622 297
МАХ623 298.299
МАХ630 336.376
МАХ634 336,355
МАХ639 340,387
МАХ641 757
МАХ654 341
МАХ660 325,388
МАХ662А 325,327
МАХ663 338
МАХ666 389
МАХ667 339,340,380
МАХ680 299
МАХ681 299
МАХ682 313
МАХ683 313
МАХ684 313
МАХ685 313
МАХ690 52,54
MAX690A/802L 59
МАХ691A/693A/800L/800M 59,60
МАХ692А/802М 59
МАХ695 52,54
МАХ696/697 54,58
МАХ703/704 60,63
МАХ705/706/708 61,62
МАХ709 65
МАХ713 347,351
МАХ714 383,384,385
МАХ718 368,373
МАХ722 374,375
МАХ724 304
МАХ726 304
МАХ731 367
МАХ732 301
МАХ733 301
МАХ734 304,374
МАХ735 313,386
МАХ739 380,386
MAX741D316
МАХ747 316
МАХ749 353
МАХ751 375
МАХ752 352,384
МАХ753 353
МАХ755 315
МАХ756 341,372,380
МАХ757 342
МАХ759 354
МАХ764 327,328
МАХ765 327
МАХ766 327
МАХ770 329,331
МАХ771 329,331
МАХ772 331
МАХ773 331
МАХ782 392
МАХ786 367
МАХ787 319
МАХ788 319
МАХ789 319
МАХ790/791 58,63
МАХ872 263,377
МАХ931 271
МАХ934 272
МАХ941 273
МАХ993 271
МАХ 1044 389
МАХ1232 49,51
МАХ1259 51
МАХ1480А/В 101,105
МАХ1691 66
МАХ1732 307
МАХ 1738 307
МАХ1743 310
МАХ1771 321,323,331
МАХ4426 301
МАХ4429 310
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
МАХ7501/7502/7503 83
МАХ7506/7507 84
МАХ8214 391
МАХ9687 257
MDA201 295
ОР27 259
ОР37 259
ОР90 259,260
Интерфейсы 92
гальваническая развязка линий
передач 95
длина кабеля 92
приемопередатчики 101
двойные с напряжением питания
+1,8...+4,25В 117
многоканальные с напряжением
питания 5 В 122
программируемые (DTE/DCE) 117
с внешними конденсаторами
и напряжением питания 5 В 105
с защитой от электростатического
разряда 115
с пониженной потребляемой
мощностью для интерфейсов
RS-485/422 147
снижение потребляемой мощности
и режим отключения 94
стандарты 92,96
RS-232C 92,96
EIA-232D 92,96
MKTTV.28 92,96
сравнение 96
Источник отрицательного опорного
напряжения -2,5 В 263
Источник питания с автоматическим
выключением через заданное время 271
Источники питания
Ж К дисплеев
для цепи регулировки
контрастности 357
комбинированный 353
микромощный 355
отрицательного напряжения 354
с перекачиванием заряда 357
с цифровой подстройкой 353
мощный, на 3,3 В с входным
напряжением 5 В 367
с выходными напряжениями 5 и 12 В 368
флуоресцентных ламп подсветки 352
К
Коммутаторы 77
16-канальная схема коммутации
дифференциальных сигналов 84
8-канальная схема коммутации
дифференциальных сигналов 83
дифференциальный 4X2
наИСМАХ335 88
КМОП радио- и видеосигналов 81
8X1 наИСМАХ335 88
повышенной надежности 81
Компараторы 245
быстродействие 250
определение неисправностей 248
проверка 247
с ЭСЛ выходом 258
сверхбыстродействующий
с управляемым режимом выборки-
хранения 257
самовозбуждение 246
Компенсация фазовых искажений на
выходе коммутаторов и ключей 83
Контроллер токового режима на базе
импульсного источника питания 315
Контроль микропроцессоров 31
запрет записи в память при
пониженном напряжении питания 32
переключение на резервную
батарею 33
предупреждение об отключении
питания 33
сброс при включении питания 32
сброс при понижении напряжения
питания 32
сторожевой таймер 34
Л
Линейные стабилизаторы
двухкаскадный на 5 В с питанием
от четырех элементов 380
500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
импульсный инвертирующий 336
импульсный с питанием от щелочной
батареи 370
микромощный 338
на +5 В с малым падением
напряжения 339
на 3/3,3 В с питанием от трех
элементов 377
на 5 В с питанием от четырех
элементов 380
повышающий импульсный 336
повышающий/понижающий на 5 В
от четырех элементов 382
регулируемый с малым падением
напряжения 339
с малым падением напряжения 389
с тремя выходами и питанием от пяти
элементов 383
эффективный понижающий на +5 В 340
м
Малошумящие усилители
быстродействующий
измерительный 251,259
микрофонный предусилитель 259
прецизионный дифференциальный
с высоким коэффициентом
усиления 265
Методы проверки источников питания
и стабилизаторов 275
влияние источника питания 283
влияние нагрузки 284
детальная проверка 281
дрейф 284
температурный коэффициент 285
шумы и пульсации 284
Методы проверки коммутаторов
и ключей 69
времени переключения 71
основных функций 70, 73
тока утечки выключенного
канала 70
Микромощные схемы с батарейным
питанием 336
Модуль, преобразующий напряжение +5 В
в ±12 или ±15 В 309
Монолитный КМОП преобразователь
напряжения 325
Мостовая схема управления двигателем
постоянного тока 295
Мостовой измерительный усилитель 153
малошумящий с подавлением
синфазных сигналов 154
с высокой разрешающей
способностью и одним источником
питания 159
с одним источником питания
и подавлением синфазных сигналов 158
со стабилизацией прерыванием 155
Мостовые датчики
высокой разрешающей способности
сУВХ 168
давления с цепью автоматического
регулирования 154
с импульсной режимом работы 164
с переключаемым конденсатором 162
с периодическим включением 164
с терморезистором и линейным
выходом 163
с устройством выборки-хранения 164
температуры 161
Мостовые схемы
работающая в заданном временном
интервале 170
с «плавающим» входом 161
с малой потребляемой мощностью 164
Мультиплексор видеосигналов для
работы на кабель
2-канальный 254
8-канальный 254
н
Неисправности
в импульсных источниках питания 285
измерения токов и напряжений на
элементах схемы 286
компенсация измерительного кабеля
осциллографа 286
наводки в заземляющем проводе
с зажимом 286
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ [437"
паразитная связь с «землей» 285
советы и предостережения 289
электромагнитные помехи 287
в линейных источниках питания 293,294
О
Описание схем АЦП и ЦАП 397
Ослабление влияния емкостной нагрузки
коммутаторов и ключей 82
Основные схемы применения
операционных усилителей 230
ОУ со стабилизацией
прерыванием 234
п
Параметры ОУ и их измерение
амплитудно-частотная
характеристика 204
анализ искажений с использованием
прямоугольных сигналов 214
синусоидальных сигналов 213
влияние нагрузки 211
влияние нестабильности напряжения
питания 230
влияние утечки на работу схем
с дискретными элементами 239
входная чувствительность 211
входное сопротивление 213
входной ток 227
входной ток сдвига и напряжение
смещения нуля 228
выходная мощность и усиление
мощности 210
выходное сопротивление 212
гармонические искажения 217
измерения
переходных характеристик 223
усиления отдельных каскадов 237
в цепях обратной связи 226
интермодуляционные искажения 219
ослабление синфазного сигнала 229
отношение сигнал/шум 221
полоса пропускания 211
скорость нарастания и переходные
характеристики 222
ток потребления, выходная мощность.
КПД и чувствительность 213
ток утечки коллектор—база 240
усиление по напряжению 210
фазовый сдвиг 225
фоновый шум 220
Передача данных по стандарту RS-485/
422 с гальванической развязкой 101
импульсный генератор для источника
питания 140
организация типовой сети обмена 104
Переключатели и ключи 77
8-канальный переключатель
с управлением по последовательному
интерфейсу 85
однополюсные на два направления
наИСМАХ335 89
схема выборки-хранения
с одноканальным ключом 84
схема защиты линий передачи
сигналов с ключами повышенной
надежности 90
усилитель с переключаемым
коэффициентом усиления 82
Переключатель с открытым выходом 299
Повторители напряжения
для емкостной нагрузки до 100 пФ 264
для емкостной нагрузки
свыше 100 пФ 264
повышенной точности 265
Поиск неисправностей интерфейсных
ИС97
Понижающий Р-канальный
контроллер 316
Пороговый детектор с цифровым
управлением 273
Преобразователи напряжения 299
маломощный
на 9 В 331
3,ЗВв5В 367
на 12 В без обратной связи 321
на 12 В с функцией контроля
напряжения 331
на 15 В 332
на 16 В 333
500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
на 24 В 332
низковольтный повышающий 341
отрицательного в+5 В 384
повышающий на 3,3/5 В 341
повышающий отрицательного
напряжения 306
повышающий/понижающий
с выходным напряжением 5 или 3,3 В 323
повышающий регулируемый 342
повышенной эффективности
на 5 В 329
на 9 В 323
на 12 В без обратной связи 329
на 12 В с обратной связью 321,329
положительного и отрицательного
напряжений 299
положительного напряжения
в отрицательное 304
понижающий 307
с перекачиванием заряда 313
Проверка интерфейсных ИС 98
в режиме замкнутой петли 100
в режимах разрешения/запрета
и отключения 99
скорости нарастания выходного
напряжения при переключении 100
тока потребления в режиме
отключения 99
Проверка усилителей 199
искажения в каскадах усилителя на
дискретных элементах 239
оборудование для проверки 199
пониженное усиление 238
пример поиска неисправностей
в усилителе 241
проверка токов утечки транзисторов
в схеме 240
прохождение сигнала 236
Программирование микросхем флэш-
памяти 304,307,325
Простой линейный
приемопередатчик 273
Синхронный мостовой демодулятор
с питанием переменным током 169
Система сбора данных с защищенным
дифференциальным входом 78
входные каскады 77
Снижение минимального тока покоя 340
Согласующее устройство для
низковольтного АЦП 269
Схема выборки-хранения
4-канальная 262
Схема для точного измерения веса 159
Схема управления шаговым
двигателем 297
Схемы источников напряжения
-24 В от двух или трех элементов 375
3,3 В от четырех - шести элементов 378
3,3 или 5 В от двух или трех
элементов 372
3,3,5 и 12 В от 6-12 элементов 392
3,3/5 В и 5/12 В от двух или трех
элементов 373
3,3/5 В от 9-вольтовой батареи 384
3,3/5 В, +12 и -18 В от двух или трех
элементов 374
5 В (малошумящего) от двух или трех
элементов 375
—5 В из напряжения +5 В
(маломощная) 387
-5 В с перекачиванием заряда 388,389
—5 В из напряжения +5 В или от пяти —
восьми элементов 386
-5 В из напряжения +5 В или от
четырех - восьми элементов 385
5 В от двух или трех элементов 376
5 В от пяти элементов 384
-5 В с малыми шумами от источника
+5 В 386
инвертирующая, на 5 В от четырех
элементов 380
Схемы источников питания 275,295
бестрансформаторный с входным -48 В
и выходным 5 В напряжением 324
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ \Щ]
двухполярный с предварительной
стабилизацией 294
инвертирующий 327
компенсированный, с выходным 12В
и входным от 4,5 до 15 В
напряжением 323
на два выхода с напряжениями +12
и+20 В 327
на напряжение 100 В 333
повышающий напряжение 297
Схемы контроля микропроцессоров 49
для напряжения питания +3 В 62
с батарейным резервированием 60
с батарейным резервированием для
напряжения питания 3,0/3,3 В 63
с внутренней резервной батареей 66
с дополнительными возможностями 54
с повышенной надежностью 59
с повышенной надежностью и ручным
сбросом 61
с резервированием питания МП 51,52
с улучшенными характеристиками 58
с формированием сигнала
разрешения записи в ОЗУ 63
с формированием сигнала сброса 64
тестирование 42
Схемы управления МДП
транзисторами 295
быстродействующие
на токи до 1,5 А 301
на токи до 6 А 310
Тестирование и устранение
неисправностей цифровых
и микропроцессорных схем 34
логический импульсный
генератор 35,34
логический пробник 34,35
общие принципы 36
сигналы входные и выходные 41
выбор ИС 36
запись 36
начало работы 36
сброс 36
синхронизации 41
считывание 36
цепи питания и заземления 36
Токочувствительный усилитель
с повышенным напряжением 390
У
Уменьшение тока покоя 340
Управление питанием портативного
компьютера 362
Усилители
выносного датчика напряжение-ток
с дистанционным питанием 262
для работы на кабель с минимальными
фазовыми искажениями 254
операционный 233
для приема сигнала с кабеля 182
для ЦАП 180
мощности 196
с большим выходным током 198
с трансформаторной связью 189
с фотодиодом 192
стабилизированные
с высоким входным
сопротивлением 183
с коэффициентом усиления 10 183
с коэффициентом усиления 1000 185
со стабилизацией по постоянному
току 182,183
со стабилизацией по постоянному
току и дифференциальным съемом
напряжения смещения нуля 183
Устройства с ЦАП
генератор синусоидальных сигналов
с цифровым управлением 421
контроллер токовой петли 428
перемножающие 421
токовый контроллер 427
умножитель емкости 426
усилитель 425
цифровая компенсация веса тары 430
500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
цифровой потенциометр
с комбинированным усилителем 423
ц
Цифро-аналоговые преобразователи
(ЦАП)
использование одного источника
питания 424
проверка и поиск неисправностей 394
с биполярным выходным сигналом 425
с увеличенными выходными
напряжениями и токами 427
со смещенным уровнем выходного
сигнала 423
ш
ШИМ стабилизаторы
перестраиваемый инвертирующий
на-5 В 313
повышающие 301
на ток 2 или 5 А 321
на ток 5 А 319
понижающий 304
Широкополосный быстродействующий
ОУ с мультиплексным входом 258
Электронный прерыватель 365
---
-
.
1'
ДжонЛенк
500 практических схем на популярных ИС
John D. Lenk
MCGRAW-HILL CIRCUIT ENCYCLOPEDIA
AND TROUBLESHOOTING GUIDE
VOLUME4
McGraw-Hill
~
А Division of Тhe McGraw·HiU Companies
~ Yorlt • San Fnnci!lco • Washington. D.C. • Auckland • Bogota • Cancu • UsЬoo • Londoo
"8dr1d • Mexico City • Мi1ав • Montreal • New Delbl • Sanjuan • Singapore • Sydмy • Юkуо • Toronto
УДК 621.396 .6
ББК 32.844я2
Л33
ЛенкД.
ЛЗЗ 500 практических схем на популярных ИС: Пер. с англ.- М.: ДМК Пресс,
2001. -
448 с.: ил. (Серия •Учебник~).
ISBN 5-94074-043-Х
Книга известного американского специалиста по З."'lerl')JOllИКe Дж. Ленка
универсапьна по своему содержанию. В этом справочном пособю1 по самым
распространенным типам интегральных микросхем и схаюТРюшческим ре
шениям на их основе собрана вся информация, нужная спеu:иалистам по
электронике.
В книге рассмотрены более 500 рабочих схем, объяснены принципы их
функционирования и особенности применения; даны указания по провер
ке, отладке, поиску и устранению неисправностей; приведены расчетные со
отношения для выбора номиналов схемных элементов, таблицы взаимоза
меняемости, временные диаграммы сигналов.
Все схемы сгруппированы по функциональному назначению: схемы кон
троля микропроцессоров (супервизоры), коммутаторы, интерфейсные схе
мы, мостовые измерители, генераторы, широкополосные устройства, опера
ционные усилители, источники питания, АЦП и ЦАП.
Издание предназначено для инженеров, техников, специалистов по ре
монту и эксплуатации электронных приборов и средств автоматики, а так
же научных работников, студентов и любителей технического творчества
Original edition copyright © 1998 Ъу tbe McGra\\' · Hi ll Companies, Inc. All rights reserved.
Russian edition copyright © 2001 Ьу DMK Press. А]] rights reserved.
Все nрава защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то
ни было форме и какими бь1 то ни было средствами без nисьменного разрешения владельuев
авторских nрав.
Материал. изложенный в данной книге. многократно проверен. Но, nоскольку вероятность
технических ошибок все равно существует, издательство не может rарантировать абсолютную
точность и правильность приводимЬJх сведений. В связи с этим издательство не несет ответ
ственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
ISBN 0-07-038117-8 (англ.)
ISBN 5-94074-043-Х
© 1998 Ьу the McGraw-Hill Cornpanies, Inc.
© Перевод на русский язык,
оформление. ДМК Пресс, 2001
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ....................................................................................................................... 16
1. Схемы контроля микропроцессоров ... .. ... ... .. ... .. ... ... .. ... .. ... .. ... ... .. ... .. .. з1
1.1. ИСконтроля микропроцессоров ............................................................................. 31
1.2. Сброспри включении питания ................................................................................32
1.3 . Сброс при понижении напряжения питания .. ... .. ... .. ... .. ... .. .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. .. ... .. 32
1.4. Запрет записи в память при пониженном напряжении питания
.... ... .... .... .... .. 32
1.5. Предупреждение об отключении питания
........................................................... зз
1.6. Переключение на резервную батарею
.................................................................. зз
1.7. Сторожевойтаймер ...................................................................................................34
1.8. Тестирование и устранение неисправностей цифровых
и микропроцессорных схем ...........................................................................................34
1.8.1.Логическийпробник ...............................................................................................34
1.8.2.Логический импульсный генератор .......................................................................35
1.8.3. Теаирование и поиск неисправноаей с помощью пробника и генератора .... ..... 35
1.9 . Общие принципы поиска неисправностей цифровых устройств на ИС. ........ 36
1.9.1. Цепи питания изаземления ....................................................................................36
1.9 .2 . Сигналы сброса, выбора ИС, считывания, записи и начала работы
..................... 36
1.9.З. Синхронизирующие сигналы ................................................................................. 41
1.9.4 . Входные и выходные сигналы
............................................................................... 41
1.10. Тестирование ИС контроля микропроцессоров . .. ... .. .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... . 42
1.11. Описание схем контроля микропроцессоров
.................................................... 49
1.11.1.Схемаконтроля микропроцессора ........................................................................ 49
1.11.2. Схема резервирования питания МП ... .. .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... . 51
1.11.3. Схема контроля и резервирования питания МП
................................................... 52
1.11 .4. Схема контроля МП с дополнительными возможноаями
..................................
54
1.11 .5 . Схемы контроля МП сулучшенными характериаиками
..................................... 58
1.11 .6. Схемы контроля МП повышенной надежности .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. .. 59
1.11 .7 . Схемы контроля МП повышенной надежности
с дополнительными возможноаями .............................................................................. 59
1.11.8. Недорогие схемы контроля МП с батарейным резервированием .. ... ... ... ... .. ... ... . 60
1.11 .9 . Недорогие схемы контроля МП повышенной надежноаи с ручным сбросом . . . . 60
1.11.10. Недорогие схемы контроля МП для напряжения питания +З В .. .. ... ... ... ... ... .. ... ... 62
1.11 .11 . Схема контроля МП, формирующая сигнал разрешения записи в ОЗУ . ... .... ... ... . 63
1.11 .12 . Недорогие схемы контроля МП с батарейным резервированием
для напряжения питания 3,0/3,3 В ................................................................................. 63
1.11.13. Схема контроля напряжения питания с формированием сигнала сброса . ...... ... 64
1.11.14. Схемы контроля МП с внутренней резервной батареей
..................................... 66
2.. Аналоговые коммутаторы и ключи ..................................................... ы
2.1.Экстремальныеуровни напряжения ......................................................................67
2.2. Методы проверки интегральных коммутаторов и ключей .. .. ... .. ... .. ... ... .. ... .. ... 69
2.2.1. Проверкаосновныхфункций .................................................................................70
2.2 .2. Проверка тока утечки выключенного канала . .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 70
2.2.3 . Проверка времени переключе~ия
.......................................................................... 71
[!] 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
2.2 .4 . Измерение прямого сопротивления замкнутоrо ключа
- ··- -· ··· . .• .• ........ ........ ... n
2.2 .5 . Измерение тока утечки замкнутого ключа·-·-····-----·····················-················-········· n
2.2.6. Измерениетока утечки разомкнутогоключа ____ -----···············-----···························· 73
2.2.7 . Проверка основных функций коммутатора···---------···············-------·····"·················· 73
2.2 .8 . Измерение времени задержки переключения каналов
относительноадресныхсигналов ......................." .......-·-----····································-········· 75
2.2.9. Время перекрытия переключаемых каналов ··----------···············--··-························· 75
2.2 .10. Измерение задержки переключения каналов
относительно сигнала разрешения переключения ···············-··· ·-·· -···· ··-- ···-· ····· ····· ···· ····· · 75
2.2.11. Измерение заряда переключения
....... " .............. -·------------------·-··--························ 76
2.2.12_ Измерение развязки разомкнутого ключа
···········-·----------------------························ 76
2.2.13. Измерение развязки между включенными каналами-----------------······-··-·-·-··········· 77
2.2 .14. Емкость канала·············-·······-·-·-··········-············-··········-···----·--------························ 77
2.3 . Описание аналоговых коммутаторов и ключей········-···----------·-·----··-·················· 77
2.3 .1 . Входные каскады устройства сбора данных """"...................... -· · -·· --·· -················· 77
2.3 .2 . Система сбора данных с защищенным дифференциальнь1м входом
.................. 78
2.3 .3 . КМОП коммутатор радио- и видеосигналов"" .. " .. ... .. .. .. ... .. .. ... .. .. .. ... .. .. ... .. " ........ 81
2.3.4. Коммутаторповышенной надежности ······································-·-··················"····· 81
2.3 .5 . Усилитель с программируемым коэффициентом усиления ············ ·········---- ····-··· 82
2.3 .6. ОUJабление влияния емкостной нагрузки
..............................................•.............82
2.3.7. Компенсация фазовых искажений
....................................................................... 83
2.3.8. Восьмиканальная схема коммутации дифференциальных сигналов
с пОUJедовательным переключением каналов ." ... . · ··· ·· ·· ·-· ·· ·· ··· ·· ··· ·· ··· ·· ·· ··· ·· ··· ·· ·· ··· ·· ··· ·· · 83
2.3 .9 . 16-канальная схема коммутации дифференциальных сигналов
с пОUJедовательным переключением каналов ····························- ·······- --······ ·----·· ·-··-··· ·· 84
2.3 .10. Схема выборки-хранения ··· ··· ·· ··· ·· ··· ·· ·-· -· -·· ·· -·· ·· ··- -· ·· ··· ··· ·· ··· ·· ·"· ··· ·· ··· ·· ··· ·· ··· ··· ·· ··· 84
2.3.11 . Восьмиканальный переключатель с управлением
по поUJедовательному интерфейсу ........................................................................•..•.. . 85
2.3.12. Коммутатор 8Х1 на ИС МАХ335
........................" ..............................................•. 88
2.3 .13. Дифференциальный коммутатор 4Х2 на ИС МАХ335 ··· ··· ··· -·· ··· ·-· ···· ··· ··· ··· ··· ···· ·· 8 8
2.3 .14 . Однополюсные переключатели на два направления на ИС МАХ335
.... ... .... ... ... 89
2.3.15. ИС защиты многоканальных линий передачи сигналов с ключами
повышенной надежности·······················································································-··-···· 90
3. Схемы интерфейса ...........................................................................................92
3.1. Длина кабеля
.............................................................................................................. 92
3.2 . Снижение потребляемой мощности и режим отключения ·· ···· ···· ···· ···· ···· ·- ···· · 94
3.3. Гальваническая развязка линий передач . .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. .. ... 95
3.4. Сравнениестандартов на интерфейсы." ............................................................. 96
3.5. Проверка и поиск неисправностей интерфейсных ИС .. .... .... ... " .. .... ... ... ... ... .... . 97
3.6 . Проверка работоспособности . ..... .... ..... . " . ... .. .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. .. ... .. .. " ... ... .... ... .... ... 98
3.6.1 . Проверка работы в режимах разрешения/запрета и отключения ... ... " .... .... .... .... 99
3.6.2. Проверка тока потребления в режиме отключения
.............................................
99
3.6.3. Проверка скорости нарастания выходного напряжения при переключении . .•. .. 100
3.6.4. Проверка в режиме замкнутой петли
..................................... " .......................... 100
3.7. Описаниеинтерфейсных ИС ..................................................................................101
3.7 .1 . Передача данных по стандарту RS-485/422 с гальванической развязкой ........... 101
3.7 .2. Организация типовой сети обмена данными по стандарту RS-485/422 ............. 104
СОДЕРЖАНИЕ [!]
3.7.3. Приемопередатчики с внешними конденсаторами с напряжением питания 5 В .. 105
3.7 .4. Приемопередатчики с защитой от электростатического разряда
..... ..... ..• ... ..... ... 115
3.7 .5 . Программируемый приемопередатчик DTE/DCE ................. " . ... .. ... ... .. ... ... .. ... ... .. 117
3.7.6.Двойной приемопередатчик с напряжением питания +1,8 ... +4,25 В .................. 117
3.7 .7. Многоканальные передатчики/приемники с напряжением питания 5 В ............. 122
3.7 .8 . Импульсный генератор для источника питания интерфейса RS-485
с гальванической развязкой .............•.. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... . " ... ... ... ... .. ... ... ... ... . 140
3.7 .9 . Приемопередатчики с пониженной потребляемой мощностью
для интерфейсов RS·485/422 ...............................•.. .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... 147
4. Мостовые схемы .... ..... .... ..... . " . ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... " .. ......... " .......... " 153
4.1. Основные мостовые схемы и их работа ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. " .... .... .... .... .. " ... " . .. 153
4.1.1. Мостовой измерительный усилитель ...... .. " ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... . " .. ... ... .. ... ... ... ... 153
4.1 .2 . Мостовой датчик давления с цепью автоматического регулирования
... ... ... ... ... 154
4.1 .3. Малошумящий мостовой усилитель с подавлением синфазных сигналов" .... ... 154
4.1.4. Малошумящий мостовой усилитель со стабилизацией прерыванием .. " ...... ..... 155
4.1 .5. Мостовой усилитель с одним источником питания
и подавлением синфазных сигналов ........................................................." ... " . .. . . " . . . . . 158
4.1 .6 . Мостовой усилитель с высокой разрешающей способностью
иоднимисточникомпитания ."................. " ..................." ............................................ 159
4.1.7. Схема для точного измерения веса." .. " ..... ......•. .. " ... ... ... ... ... .. " ... ... ... .. ... ... .. ... .. " . 159
4.1 .8. Мостовая схема с «плавающим» входом
..........................................." ..... " ......... 161
4.1 .9 . Мостовой резистивный датчик температуры
...... " ...................................""........ 161
4.1.10. Резистивный датчик температуры с переключаемым конденсатором . . .. . . . " .. . . . . 162
4.1.11. Терморезисторный мост с линейным выходом •................................................. 163
4.1.12. Мостовая схема с малой потребляемой мощностью
... ... ... ... .... ... ... ... " . .... ... ... ... 164
4.1 .13. Периодическое включение мостового тензодатчика •........................................ 164
4.1.14. Импульсной режим работы мостового тензодатчика
........................................ 164
4.1 .15. Мостовой датчик с устройством выборки-хранения .... ... ... ... ... ... . " .. ... .. ... ... .. ... .. 164
4.1.16. Мостовой датчик высокой разрешающей способности с УВХ ." .. . " ... .... .... .... ..• . 168
4.1.17. Синхронный мостовой демодулятор с питанием переменным током"" .. " ... ..... 169
4.1 .18. Мостовая схема, работающая в заданном временном интервале " .......... " ....... 170
4.1.19. Генератор прямоугольных импульсов ..... . " . . . "".... .... . ".""" .. .... ... .... ... " ... ... .... ... . 170
4.1.20. Генератор с кварцевой стабилизацией частоты
.. "" .. ... .... ... ... ... .... ... ... ... " ........ " 171
4.1.21. Генератор гармонических колебаний с кварцевой стабилизацией частоты .. " . .. 172
4.1 .22. Генератор с кварцевой стабилизацией частоты
и подавлением синфазного сигнала ................. " ... .. ... ... .. ... ... . " ... .. ... ... .. ... ... ... .. ... ... .. ... .. 172
4.1 .23. Базовая схема генератора гармонических колебаний с мостом Вина .. . . " ....... " . 172
4.1 .24 . Многодиапазонный генератор с мостом Вина ..... ""... .... .... .... " .. ... ... .. ... ... ... ... " .. 173
4.1 .25. Генератор гармонических колебаний с мостом Вина
и электронной стабилизацией амплитуды сигнала •... " .. .. ... ... .. ... ... .. ... .. " . .... .... . " ..... ..... 174
4.1 .26. Высокостабильный генератор с мостом Вина ...• .•. .... ..... .... ..... ..... .... . " . . . . . . . . "" .. . . 176
4.1.27. Генератор с мостом Вина и автоматической подстройкой сигнала
.................... 177
4.1 .28. Генератор с мостом Вина и подавлением синфазного сигнала моста " ............ " 177
4.1 .29. Выпрямитель /вольтметр переменного тока с диодным мостом ... ... ... ... ... ... ... ... 179
5. Быстродействующие схемы ............................................." .................. ". 180
5.1 . Основные быстродействующие схемы и их работа . ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... .. " . .. 180
ш 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА nonvnЯPHЫX ис
5.1.1 . Усилитель ЦАП
..................................................................................................... 180
5.1 .2. Двухканальный видеоусилитель
.........................•............................................... 180
5.1.3. Простой видеоусилитель
..........................•.......................................................... 182
5.1.4. Усилительдля приемасигнала скабеля .............................................................. 182
5.1.5. Стабилизация по постоянному току с использованием точки суммирования
....
182
5.1.б. Стабилизация по постоянному току
с дифференциальным съемом напряжения смещения нуля .. : ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. . 183
5.1 .7 . Стабилизированный усилитель с высоким входным сопротивлением .. ... ... ... ... . 183
5.1 .8 . Стабилизированный усилитель с коэффициентом усиления 10 .......... •. ... ... ... ... .. 183
5.1.9. Стабилизированный усилитель с коэффициентом усиления 1000 ...................... 185
5.1 .10. Быстродействующий дифференциальный приемник сигналов
с двухпроводной линии ................................................................................................ 187
5.1.11. Усилитель странсформаторной связью . ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. 189
5.1.12. Быстродействующий дифференциальный усилитель-компаратор
с регулируемым порогом .............................................................................................. 189
5.1.13 . Двухпороговый усилитель-компаратор с регулируемым окном
....................... 190
5.1.14. Усилитель сфотодиодом .................................................................................... 192
5.1 .15. Быстродействующий фотоинтегратор . ... ... ... ... ... .. ,. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... . 193
5.1 .16. Приемник для волоконно-оптической линии связи . .. .. ... .. .. .. ... .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... . 194
5.1 .17 . Адаптивный приемник для волоконно-оmической линии связи
в диапазоне частот до 40 МГц ....................................................................................... 194
5.1 .18 . Точный аналоговый перемножитель в диапазоне частот до 50 МГц ................. 196
5.1 .19. Усилитель мощности
.......................................................................................... 196
5.1.20 . Усилитель мощности с большим выходным током . ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... . 198
б. Операционные усилители и компараторы .................................. 199
6.1. Проверка усилителей ..............................................................................................199
6.1.1.Оборудованиедляиспытанийусилителей ........................................................... 199
6.1.2.Децибел:основные понятия ................................................................................. 201
6.1.3. Соотношения для удвоения мощности
................................................................ 202
6.1.4.Сложениедецибелов ...........................................................................................202
6.1.5. Использование децибелов для сравнения величин напряжений и токов . ... .. ... .. 203
6.1 .6. Децибелы и измерения абсолютных величин
..................................................... 203
6.1 .7 . Амплитудно-частотная характеристика
............................................................... 204
6.1.8.Усилениепо напряжению .................................................................................... 210
6.1.9. Выходная мощность иусилениемощности ......................................................... 210
6.1.10. Входная чувствительность ................................................................................... 211
6.1.11. Полоса пропускания .............................................................................................211
6.1.12. Влияниенагрузки ................................................................................................. 211
6.1.13. Выходноесопротивление ....................................................................................212
6.1.14. Входноесопротивление .......................................................................................213
6.1.15. Ток потребления, выходная мощность, КПД и чувствительность
....................... 213
6.1.16. Анализ искажений с использованием синусоидального сигнала . ... .. .. .. .. ... .. .. .. .. 213
6.1 .17. Анализ искажений с использованием прямоугольных сигналов . ... .. .. .. .. ... .. .. .. .. 214
6.1.18. Гармоническиеискажения ..................................................................................217
6.1 .19. Интермодуляционные искажения
...................................................................... 219
6.1 .20 . Фоновый шум
.................................................................................................... 220
6.1.21.Отношениесигнал/шум .......................................................................................221
СОДЕРЖАНИЕ [!J
6.1.22. Скорость нарастания и переходные характеристики .. ... ... .. ... .. ... ... .. ... ... .. ... .. ... .. 222
6.1.23. Измерение переходных характеристик .. ... ... ... ... ... . " ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. .. ... .. ... .. 223
6.1.24. Фазовыйсдвиг ...................................................................................................225
6.1.25. Измерения в цепях обратной связи
................•.................................................. 226
6.1.26. Входнойток ......................" .........."""......." .. " ................................................... 227
6.1 .27 . Входной ток сдвига и напряжение смещения нуля
............................................ 228
6.1.28. Ослаблениесинфазногосигнала .........................." ........................................... 229
6.1.29. Влияние нестабильности напряжения питания . ... ... ... .... ... .. " .. ... .. ... .. ... .. ... ... .. ... . 230
6.2.Типы усилителей на ИС " ....................." ... " ..............." ............" ....... " .................... 230
6.2.1. Операционныеусилители ....................................................................................230
6.2.2. Управляемый операционный усилитель . . .. " . ... .. ... ... .. ... ... " . ... .. .. ... .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. 233
6.2.3.ОУсостабилизацией прерыванием ......................." ................................." ........ 234
6.2.4.Прохождениесигнала ...............................................•.....•................................... 236
6.2 .5 . Измерение усиления отдельных каскадов .... ... ... . " . .. ... ... .. ... .. ... .. .. " ... .. ... .. ... .. .. ... 237
6.2.6. Пониженноеусиление ...................................................................................." ... 238
6.2 .7 . Искажения в каскадах усилителя на дискретных элементах .. ... .. ... .. ... .. .. ... .. ... .. .. 239
6.2.8. Влияние утечки на работу схем с дискретными элементами .. ... .... ... .... ..• .. .... ... .. 239
6.2 .9 . Ток утечки коллектор-база
.................................................................................240
6.2 .10. Проверка токов утечки транзисторов в схеме ... ... .... . " .. ... .. ... .. ... .. ... .. .. " . ... .... " .. . 240
6.2.11 . Пример поиска неисправностей в усилителе ." . ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... . 2 4 1
6.3 . Компараторы
........................................................................................................... 245
6.3.1. Работа с интегральными компараторами .. ... ... ... .. " .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. . 2 46
6.3.2. Проверкакомпараторов ......................................................................................247
6.3 .3 . Определение неисправностей в схемах компараторов
..................................... 248
6.3.4. Проблемы быстродействия компараторов . .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 250
6.4 . ПрименениеОУ и компараторов
........................................................................
251
6.4 .1 . Малошумящий измерительный усилитель
............. " .......................................... 251
6.4.2. Инвертирующийусилитель .................................................................................252
6.4 .3 . В-канальный мультиплексор видеосигналов для работы на кабель .... .... .... .... .. 253
6.4.4. 2-канальный мультиплексор видеосигналов для работы на кабель ... ... ... .... ... .. 254
6.4 .5 . Усилитель для работы на кабель с минимальными фазовыми искажениями .. . 254
6.4.6. Двухполупериодный выпрямитель на одном ОУ " . .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 254
6.4 .7. Однополупериодный выпрямитель
.................................................................... 256
6.4.8 . Сверхбыстродействующий компаратор
с ЭСЛ выходом и управляемым режимом выборки-хранения ... " .. .. ... .. ... .. .. ... .. ... .. .. " .. 256
6.4.9. КомпараторсЭСЛ выходом ............." .........." ........." ..........." ......................" ..... 257
6.4.10. Широкополосный быстродействующий ОУ с мультиплексным входом ....... .... 258
6.4 .11 . Малошумящий быстродействующий измерительный усилитель .. ... .. ... ... ... ... ... 259
6.4 .12 . Малошумящий микрофонный предусилитель . .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. " .. . 259
6.4.13. Двухполупериодный выпрямитель на одном ОУ
.............................................. 259
6.4.14. Выносной датчик измерителя рН со встроенным усилителем ... ... ... ... .. ... ... ... ... . 260
6.4.15. 4-канальная схема выборки-хранения .. ... ... ... ... ... ... " .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. ... .. ... .. .. .. 262
6.4.16. Усилитель выносного датчика напряжение-ток с дистанционным питанием . . 262
6.4.17 . Источник отрицательного опорного напряжения -2,5 В ................................... 263
6.4.18. Повторитель напряжения для емкостной нагрузки до 100 пФ .......................... 264
6.4.19. Повторитель напряжения для емкостной нагрузки свыше 100 пФ .................... 264
6.4.20. Повторитель напряжения повышенной точности .. ... .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. ... . 265
6.4 .21 . Малошумящий прецизионный дифференциальный усилитель с высоким
коэффициентом усиления ........................................... " . . . . " ... .. ... .. ... ... .• . ... ... .. ... .. ... .. ... . 265
ПО] 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА nonvnЯPHЫX ис
6.4.22. Дифференциальные усилители с однополярным питанием .. .. ... ... .. ... .. ... ... .. ... ... 268
6.4 .23. Согласующее уаройство для низковольтного АЦП ... ... .. ... ... ... .. ... ... ... .. ... ... • ... ... . 269
6.4 .24. Иаочник питания с автоматическим выключением через заданное время .. ..... .. 271
6.4.25.Детекторсокном .................................................................................................271
6.4.26. Одношкальный индикатор на светодиодах . .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. .. .. 272
6.4 .27. Простой линейный приемопередатчик ... .. .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. .. ... .. .. .. ... .. 273
6.4.28. Пороговый детектор с цифровым управлением
................................................ 273
7. Схемы источников питания ..................................................................... 275
7.1. Методы проверки источников питания и стабилизаторов . ... ... ... ... .... ... ... ... ... . 275
7.1 .1 . Методикатеаирования
........................................................................................ 275
7.1 .2 . Детальная проверка
............................................................................................. 281
7.1.3. Влияние иаочника питания
................................................................................. 283
7.1.4. Влияниенагрузки ................................................................................................ 284
7.1.5. Шумыипульсации .............................................................................................. 284
7.1.6.Дрейф .................................................................................................•................ 284
7.1.7.Температурныйкоэффициент ..............................................................................285
7.2 . Поиск неисправностей в импульсных источниках питания . ... .... ... ... ... .... ... ... . 285
7.2.1. Паразитная связь с «землей»
............................................................................... 285
7.2.2 . Компенсация измерительного кабеля осциллографа
........................................ 286
7.2.3 . Наводки в заземляющем проводе с зажимом . .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 286
7.2 .4. Измерения на элементах
.................................................................................... 286
7.2.5. Электромагнитные помехи
.................................................................................. 287
7.2 .6. Советы и предоаережения
................................................................................
289
7.3 . Поиск неисправностей в линейных источниках питания ... .. ... ... .. ... ... .. ... ... .. ... 293
7.3 .1. Двухполярный иаочник питания с предварительной аабилизацией
... ... ... ... ... . 294
7.4. Описание схем источников питания
................................................................... 295
7.4.1 . Схема управления МДП транзиаорами
.............................................................. 295
7.4 .2. Моаовая схема управления двигателем поаоянного тока ... .. ... .. ... .. ... .. .. ... .. ... .. 295
7.4 .3 . Сиаема управления шаговым двигателем
......................................................... 297
7.4.4. Иаочник питания, повышающий напряжение
................................................... 297
7.4 .5 . Переключатель с открытым выходом .. ... .. ... • .. ... .. ... .. ... .. ... ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. 299
7.4.6. Преобразователи напряжения
............................................................................ 299
7.4.7. Преобразователь положительного и отрицательного напряжений ... ..... .... •. ..... . 299
7.4.8. Быародейавующие драйверы МДП транзиаоров стоками до 1,5 А ................ 301
7.4.9.ПовышающиеШИМаабилизаторы ...................................................................301
7.4 .10. Иаочник питания на 12 В для программирования флэш-памяти ..................... 304
7.4 .11 . Понижающий ШИМ аабилизатор
..........................................."""""............... 304
7.4 .12. Преобразователь положительного напряжения в отрицательное .. .. ... ... ... .. ... .. 304
7.4 .13. Повышающий преобразователь отрицательного напряжения . ... .. ... ... ... .. ... ... .. 306
7.4 .14 . Модуль программирования флэш-памяти .. .. ... .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. .. . " .. ... ... ... ... ... . 307
7.4.15. Понижающий преобразователь ............................."".".... ""."..... " ................... 307
7.4.16. Модуль, преобразующий напряжение +5 В в ±12 или ±15 В ........................... 309
7.4.17. Быародейавующий одиночный МДП драйвер на ток 6 А ................................ 310
7.4.18. Преобразователь напряжения с перекачиванием заряда .. .. .. ... .. ... .. ... .. .. ... .. ... .. 313
7.4.19. Р-канальный линейный аабилизатор с малым падением напряжения ...... ...... 313
7.4.20. Переараиваемый инвертирующий ШИМ аабилизатор на -5 В ........ " .. "" . . .. . 313
7.4.21. Контроллер токового режима на базе импульсного иаочника питания .. ..... .... 315
СОДЕРЖАНИЕ ШJ
7.4 .22 . Понижающий Р-канальный контроллер .. .. ... ... .. ... .. ... .. ... ... .. ... ..•... .. ... .. ... ... .. ... .. . 316
7.4 .23. Понижающий ШИМ стабилизатор на ток 5 А .........................•. ". ... ... ... ... ... ... ... .. 319
7.4.24. Понижающий ШИМ стабилизатор на ток 2 или 5 А ........................................... 321
7.4 .25. Эффективный преобразователь напряжения на 12 В
с обратной связью ..............................................•.•...•... ." .... .• ....• .... ...... .. " .. ... ... .. ... ... ... ... 321
7.4 .26. Преобразователь напряжения на 12 В без обратной связи " .............. "" ." ."...... 321
7.4.27. Эффективный преобразователь напряжения 9 В .......... " .... .... .... .... " ... ... ... ... ... . 323
7.4.28. Повышающий/понижающий преобразователь
с выходным напряжением 5 или 3,3 В ......................•. .. ... .. ... .. ... ... .. ... .. .."". ... .... ... ... ... .. 323
7.4 .29. Компенсированный источник питания
с выходным 12 В и входным от 4,5до15 В напряжением .............. """. .... ... ... ... " ."""" 323
7.4.30. Бестрансформаторная схема источника питания
с входным -48 В и выходным 5 В напряжением ....• .......... " ... ... ... ... ... .. ".". ... ... .. ... ... ... . 324
7.4 .31. Монолитный КМОП преобразователь напряжения ... .. ... .. ... .. ... .. .. ... .. ... .. ... .. ... .. . 325
7.4 .32. Источник питания для программирования микросхем флэш-памяти
.. .... ... ... .. 325
7.4 .33 . Источник питания на два выхода с напряжениями +12 и +20 В ........................ 327
7.4 .34. Эффективный инвертирующий источник питания .. .. ... ... .. ... .. ... .. ... ... .. ... .. .. " .. . . . 327
7.4.35. Инвертор с изменяемым выходным напряжением .. .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. . 328
7.4.36. Эффективный преобразователь на 5 В ............................................................. 329
7.4 .37. Эффективный преобразователь на 12 В с обратной связью .............................. 329
7.4.38. Эффективный преобразователь на 12 В без обратной связи ............................ 329
7.4 .39 . Эффективный маломощный преобразователь на 9 В ... ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. ... .. . 331
7.4.40. Преобразователь на 12 В с функцией контроля напряжения ........................• ... 331
7.4.41. Преобразователь на 24 В ........................................................................ " ..... .... 332
7.4 .42 . Преобразователь на 15 В ..........................................................................." ..... . 332
7.4.43. Преобразователь на 16 В ................................................................................... 333
7.4 .44 . Источник выходного напряжения 100 В ............................................................ 333
8. Батарейные и микромощные схемы питания ... ... ... .... ... ... ... ... .. 336
8.1. Описание микромощных схем с батарейным питанием . ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... 336
8.1 .1. Повышающий импульсный стабилизатор .. .. .. .. ... .. .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. .. ... 336
8.1 .2 . Инвертирующий импульсный стабилизатор .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... . " ... .. ... ... ... ... . 336
8.1 .3 . Микромощный стабилизатор напряжения .. .. .. .. ... .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. ... .. .. .. ... .. .. . 338
8.1.4. Стабилизатор +5 В с малым падением напряжения ..........................................• 339
8.1.5. Регулируемый стабилизатор с малым падением напряжения
............................ 339
8.1.6.Уменьшениетокапокоя ...................................................................................". 340
8.1.7. Снижениеминимальноготока покоя . .. .. ... .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. ... " .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. . 340
8.1.8. Эффективный понижающий стабилизатор напряжения +5 В ........................... 340
8.1.9 . Низковольтный повышающий преобразователь
."............................................. 341
8.1.10. Повышающий преобразователь напряжения на 3,3/5 В .......... " .... ... .... ... .... ... .. 341
8.1 .11. Регулируемый повышающий преобразователь ... " .. .... " . . .. . . . ".". . . . . . . . " ..... ..... ..... 342
8.1.12 . Стабилизатор/зарядное устройство
для четырех никель-кадмиевых аккумуляторов .................................." ... ... ... .. ... ... .. " . 344
8.1 .13. Термочувствительноезарядноеустройство
для никель-кадмиевых аккумуляторов ..........................................................." .... ... .... 344
8.1 .14. Зарядное устройство для никель· кадмиевых аккумуляторов .... ... ... .... ... ... . " ." . . 345
8.1 .15. Переключаемое термочувствительное зарядное устройство . ... ... ... ... ... ... . " ... ... 346
8.1.16. Термочувствительноезарядноеустройстводля
никель-кадмиевых аккумуляторов с низкоомным источником заряда ........ "".... ... " .. 347
O!J 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУJ1ЯРНЫХ ИС
8.1.17. Контроллер ускоренного заряда аккумуляторов NiCd/NiMH ............................. 347
8.1.18. Зарядное устройство с линейным стабилизатором ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. .. З51
8.1.19. Источник питания флуоресцентных ламп подсветки
......................................... 352
8.1 .20. Комбинированный источникпитанияЖКдисплея
........................................... 35З
8.1 .21 . Источник питания ЖКдисплея с цифровой подстройкой . .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. ... .. .. З53
8.1 .22 . Источник отрицательного напряжения для ЖКдисплея .. .. ... .. ... ... .. ... ... .. ... ... .. ... З54
8.1.2З. Микромощный источник питания ЖКдисплея .................................................. З55
8.1 .24 . Источник питания ЖК дисплея с перекачиванием заряда .. ... .. ... .. ... ... .. ... .. ... .. ... З57
8.1 .25. Источник для цепи регулировки контрастности цветногоЖКдисплея
............. 357
8.1.26. Сдвоенный драйвер, переключающий повышенные напряжения .. ... ... .. ... ... ... . 359
8.1.27 . Сдвоенный переключающий драйвер повышенного напряжения
.................... 359
8.1.28. Снижение влияния бросков тсжа при высокоемкостных нагрузках .. ... .. ... ... .. .. 360
8.1 .29. Контроллеры двунаправленных МОП переключателей
...................................
360
8.1 .30 . Переключающийдрайвердля напряжений 18-28 В ......................................... З61
8.1.З1. Экономичный переключающий драйвер напряжений 18-28 В .......................... 362
8.1.З2. Управление питанием портативного компьютера ............................................. З62
8.1.ЗЗ. Управление блоком питания
с четырьмя никель-кадмиевыми аккумуляторами ....................................................... З62
8.1 .34. Переключатели для работы в схемах напряжением З,З В
................................
364
8.1.З5. Электронный прерыватель ................................................................................З65
8.1.З6. Защита цепи питания интерфейса SCSI .............................................................. З66
8.1.З7. Мощный источник питания на З,З В с входным напряжением 5 В ..................... З67
8.1.З8. Маломощный преобразователь напряжения З,З В в 5 В ................................... 367
8.1.39 . Источник питания с выходными напряжениями 5и12 В . .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. ... .. .. З68
8.1.40. Импульсный стабилизатор с питанием от щелочной батареи
.......................... З70
8.1 .41 . Замена батареи напряжением 9 В двумя элементами типа АА .......................... З70
8.1 .42 . схема получения напряжений З,З или 5 В от двух или трех элементов ............ З72
8.1.4З. Схема получения напряжений З,З/5 В и 5/12 В от двух или трех элементов ..... З73
8.1.44 . Схема получения напряжений З,З/5 В, +12 и -18 В
от двух или трех элементов ........................................................................................... З74
8.1 .45. схема получения напряжения -24 В от двух или трех элементов .............. " ..... З7 5
8.1.46. Схема получения малошумящего напряжения 5 В от двух или трех элементов ..... З75
8.1 .47 . Недорогая микромощная схема получения напряжения 5 В
от двух или трех элементов ......................................... •. .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. .. ... .. .. З76
8.1.48. Линейный стабилизатор на 3/З,З В с питанием оттрех элементов . .. ... .. ... .. ... .. . ЗП
8.1 .49. схема получения напряжения З,З В от четырех - шести элементов .. ... ... ... ... ... . 378
8.1.50 . Линейный стабилизатор на 5 В с питанием от четырех элементов ................... З80
8.1 .51. Двухкаскадный стабилизатор напряжения 5 В от четырех элементов .............. З80
8.1.52. Инвертирующая схема получения напряжения 5 В от четырех элементов ....... З80
8.1.53 . Повышающий/понижающий стабилизатор 5 В от четырех элементов ............. 382
8.1.54. Линейный стабилизатор с тремя выходами
и питанием от пяти элементов ..................................................................................... 38З
8.1 .55 . Схема получения напряжения 5 В от пяти элементов ....................................... З84
8.1 .56 . СХема получения напряжений З,3/5 В от 9-вольтовой батареи
...................... 384
8.1.57. Схема преобразования отрицательного напряжения в напряжение +5 В ....... 384
8.1 .58 . Схема получения напряжения -5 В из напряжения +5 В
илиотчетырех- восьмиэлементов ...............•................................•........................... З85
8.1 .59 . Схема получения напряжения -5 В из напряжения +5 В
илиотпяти- восьмиэлементов ..................................................................................З86
СОДЕРЖАНИЕ ШJ
8.1 .60 . Схема получения напряжения -5 В с малыми шумами от иаочника +5 В .... " 386
8.1 .61. Маломощная схема получения напряжения -5 В из напряжения +5 В ............. 387
8.1.62. Маломощная схема с перекачиванием заряда
для получения напряжения -5 В :.................. " ... ..... " . .. ... .. .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. . 388
8.1 .63 . Микромощная схема с перекачиванием заряда
для получения напряжения -5 В ...................................... " ... .. .. .. ... .. .. ... .. .. .. ... .. .. ... .. .. .. . 389
8.1.64. Линейный стабилизатор с малым падением напряжения .. ... .. ... .. .. ... .. ... .. ... .. ... 389
8.1.65. Токочувствительный усилитель с повышенным напряжением
................. " ..... 390
8.1.66. Схема контроля напряжений
................ " ..............................."··························· 391
8.1 .67. Схема получения напряжений 3,3, 5 и 12 В ьт 6-12 элементов ...... " ... ... ... .... .. " . 392
9. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые
преобразователи .................................................................................................. 393
9.1 . Проверка и поиск неисправностей АЦП
............................................................. 393
9.2 . Проверка и поиск неисправностей ЦАП" .. .... .... .... .... " .. ... .. ... .. ... .. ... ... .. ... .. ... .. ... 394
9.3. ОписаниесхемАЦП и ЦАП ..............................." .................................................. 397
9.3 .1 . Восьмиразрядный АЦП с внутренним 16-канальным мультиплексором
... .... ..... 3 97
9.3 .2 . Аналого-цифровое преобразование относительных величин
.......................... 398
9.3 .3 . Аналого-цифровое преобразование абсолютных величин ... ... ... ... .. " .. .. ... ... ... .. 400
9.3.4 . Использование источника опорного напряжения
в качестве источника питания ...................................................................................... 400
9.3 .5. Использование буферизованного опорного напряжения
в качестве питающего ................................................................................................... 401
9.3.6. Исключение регулировок усиления по входу
..................................................... 401
9.3.7. Проаой 32-канальный АЦП ..........................." .................................................. 403
9.3.8. Простойдифференциальный 8-канальныйАЦП .. .... . " ... ... ... ... . " . ... .. ... .. ... .. .. " . . 404
9.3.9.Дифференциальный16-канальныйАЦП ........................................................... 405
9.3.10. Схемы буферизации
......................................................................................... 406
9.3 .11. АЦП с микропроцессорным управлением усиления .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. ... 408
9.3.12. АЦП с выборкой и хранением ............." ...................................................." ...... 409
9.3.13.ОрганизацияинтерфейсаАЦП/МП ....................................................................411
9.3.14. Упрощенный интерфейсе МП 8080 ......................... " ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. .. .. 412
9.3 .15. Интерфейс с МП 8080 с частичным дешифрированием ................................... 414
9.3.16.Упрощенный интерфейсс МПZ80 ....." ..................." ................................." ..... 415
9.3.17. Интерфейсс МП Z80сдешифрированием......." ............." ...." .......................... 416
9.3 .18. Интерфейс с МП NSC800 с частичным дешифрированием .................. " ." . . . . . . . 416
9.3 .19. Упрощенный интерфейсе МП NSC800 ..............................." .. .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... .. . 417
9.3.20.Упрощенный интерфейссМП6800..." .. "."."........." .................................""... 418
9.3 .21 . Интерфейс с МП 6800 с чааичным дешифрированием ....................." .. ... ... .. .. 419
9.3.22. ПеремножающиеЦАП ." .................................................................................... 421
9.3 .23. Генератор синусоидальных сигналов с цифровым управлением .. .. .. ... .. ... .. ... .. 421
9.3.24. Цифровой потенциометр
. ""......." ........................" ............................." ........... 422
9.3 .25. Цифровой потенциометр с комбинированным усилителем ... .. .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... 423
9.3.26. ЦАП со смещенным уровнем выходного сигнала .. .. ... ... .. ... ... ... .. .. " .. " ... .. .. .. .. .. . 423
9.3 .27. Использование ЦАП с одним источником питания . .. .. ... .. .. .. ... .. .. ... .. .. .. ... .. .. .. ... . 424
9.3.28.ЦАПсбиполярнымвыходнымсигналом ................" ........................................ 425
9.3.29. Усилитель, управляемый ЦАП
........................."".........." ................................. 425
9.3.30.Умножительемкости .........................................................................................426
~ 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
9.3 .31. ЦАП с увеличенными выходными напряжениями и токами
............................. 427
9.3.32.Токовый контроллернаоснове ЦАП .................................................................427
9.3.33. Контроллер токовой nетли на основе ЦАП .....................................................•. 428
9.3.34. Цифровая комnенсация веса тары .. ... .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .~ .. ..... .... 430
ПОСВЯЩЕНИЕ
Приветствую всех из Villa Buttercup.
Моя чудесная жена Ирен. Благодарю за то, что ты поддерживала меня все эти
годы1
Мои любимые родные и близкие: Карен, Том, Брендон, Джастин, Майкл и Робин.
А также наши Лэмби и Суззи. Будьте счастливы, где бы вы ни находились!
Мои читатели! Пусть благополучие найдет дорогу в ваш дом. Счастья вам
и здоровья. Спасибо за то, что покупаете мои книги!
Особая благодарность Стивену Чепмену, Стивену Фитцджеральду, Лесли Венд
жеру, Теду Нардину, Майку Хейсу, Лайзе Шрейджер, Патрику Хансарду, Питеру
Меллису, Мери Мюррей, Кэрол Уилсон, Флоренс Тримбл, Френ Минерве, Джейн
Старк и Роберту Мак-Гроу из Мак-Гроу Хилл за то, что моя книга стала бестсел
лером в разных странах! Это уже 89-я книга.
Всехблаг1
ВВЕДЕНИЕ
В этой книге представлено более 500 электронных схем, часто используемых на
практике, рассказано о принципах их функционирования, особенностях примене
ния в различных устройствах и системах и описаны применяемые в них интеграль
ные микросхемы (ИС).
Перед вами не просто сборник описаний различных схем. Во-первых, все они
сгруппированы по функциональной принадлежности. Для каждой группы приве
дены практические рекомендации по выявлению и устранению неисправностей,
которые помогут, если собранная схема не работает должным образом. Во-вторых,
схемы даны со всеми подробностями, с указанием типов и значений схемных эле
ментов, поэтому вы можете сразу использовать их в работе. В тех случаях, когда
характеристики устройств (рабочий диапазон частот, мощность выходных сигна
лов и т.п.) зависят от величин схемных элементов, книга поможет выбрать их нуж
ные значения для получения требуемых параметров.
Настоящее издание будет особенно полезно любителям технического творче
ства, студентам и ученым, сэкономит время конструкторам и разработчикам.
Благодарности
В создании книги принимали участие многие профессионалы. И я чрезвычайно
признателен им за огромную работу, которую они проделали для того, чтобы эта
книга родилась. Такой колоссальный труд не по силам одному человеку, вот поче
му я выражаю огромную благодарность всем, кто внес свой вклад (прямой или
косвенный) в написание этого труда.
Со словами особой благодарности хочу обратиться к Алану Хауну (Alan Haun)
из Analog Devices, Сиду Копперсмиту (Syd Coppersmith) из Dallas Semiconductor,
Рози Хайнойоза (Rosie Hinojosa) из EXAR Corporation, Джеффу Солтеру Qeff
Salter) из GEC Plessey, Джону Аллену Qohn Allen), Элен Кокс (Helen Сох)
и Линде да Коста (Linda da Costa) из Harris Semiconductors, Рону Денчфильду
(Ron Denchfield) и Бобу Скотту (ВоЬ Scott) из Linear Technology Corporation,
ИСТОЧНИКИ ДАННЬIХ О МИКРОСХЕМАХ И АДРЕСА ПРОИЗВОДИТЕJIЕЙ (J!J
Дэвиду Фаллзджеру (David Fullagar) и Уильяму Левину (William Levin) из Maxim
Integrated Products, Фреду Сваймеру (Fred Swymer) из Microsemi Corporation,
Линде Капкара (Linda Capcara) из компании Motorola Inc, Эвдрю Дженкинсу (An-
drew Jenkins) и Шантха Натарайану (Shantha Natarajan) из National Semiconductor,
Антонио Ортису (Antonio Ortiz) из Optical Raytheon Electronics Incorporated, Лоу
ренсу Фоджелу (Lawrence Fogel) из Philips Semiconductors, Джону Mapлoy Qohn
Marlow) из Raytheon Electronics Semiconductors division, Энтони Армстронгу
(Anthony Armstrong) из Semtech Corporation, Эду Окснеру (Ed Oxner) и Роберту
Декеру (Robert Decker) из Siliconics Incorporated, Эми Салливэн (Ату Sullivan)
из Texas Instruments, Алану Кэмпбеллу (Alan CampЬell) из Unitrode Corporation,
Салли и Барри Е. Браун (Брокер) (Sally and Barry Е. Brown (Бroker)) и Эндрю
Йодеру (Andrew Yoder) - создателю бестселлеров.
Также хочу выразить особую признательность Джозефу А. Лэбоку Qoseph А.
LaЬok) из колледжа Los Angeles Valley College за помощь и дружескую поддержку.
Кроме того, я очень благодарен Стиву Чэпмену (Steve Chapman), Сmвену Фищ
джеральду (Stephen Fitzgerald), Лесли Бенджер (Leslie Wenger), Патрику Хансарду
(Patrick Hansard), Питеру Меллису (Peter Mellis), Теду Нардину (Ted Nardin),
Майку Хейсу (Mike Hays), Лайзе Шрейджер (Lisa Schrager), Мэри Мюррей (Магу
Murray), Кэрол Уилсон (Carol Wilson), Джуди Кесслер Qudy Kessler), Монике
Масезинскас (Monika Macezinskas), Флоренс Тримбл (Florence TrimЬle), Фрэн
Минерве (Fran Minerva}, Джейн Стар.к Qane Stark), Фреду Перкинсу (Fred Per-
kins), Роберту Мак-Гроу (Robert McGraw), Джуди Рейс Qudith Reiss), Чарльзу
Лаву (Charles Love}, Бетти Кроуфорд (Бetty Crawford}, Джин Майере Qeanne
Myers), Пегги Лэмб (Peggy Lamb), Томасу Ковальчику (Thomas Kovalczyk), Су
занне Барбеф (Suzanne Бarbeuf), Жаклин Бун Qaclyn Бооnе), Кэти Грин (Kathy
Green), Донне Наморато (Donna Namorato), Джулии Лукас Qulie Lucas), Шерри
Соуффранс (Sherri Souffrance), Эллисон Эреас (Allison Arias) и Мидж Хэреймис
( Midge Haramis) из McCraw- Hill Professional Publishing organisation за то, что они
так верили в меня.
Выражаю свою признательность Ирен - моей жене и личному представителю.
Без ее помощи эта книга не могла бы появиться на свет.
Источники данных о микросхемах и адреса производителей
В конце каждого раздела с описанием схемы имеется ссылка на ее источник (как
правило, руководство по применению микросхемы фирмы-производителя). Ин
формация содержит название публикации, год издания и номера страниц, на ко
торых упоминается представленная схема. Таким образом, вы можете обратиться
непосредственно к оригиналу в поисках дополнительных сведений о схеме или ее
компонентах. С этой целью в данный раздел включены адреса и телефоны фирм
производителей. При письменных обращениях указывайте полную информацию,
включая год издания и номера страниц источника, где упоминается интересующее вас
устройство. Отметим, что все схемы, приведенные в книге, воспроизведены (с разре
шения издателя) в том виде, в каком они представлены в первоисточниках.
(Ю ВВЕДЕНИЕ
AIE Magnetics
__
701 Murfreeboro Road
Nashville, ТN 37210
(615) 244-9024
Analog Devices
One Technology Way
РО Вох 9106
Norwood, МА 02062-9106
(617) 326-8703
Dallas Semiconductor
4401 S. Beltwooo Parkway
Dallas, ТХ 75244-3292
(214) 450-0400
EXAR Corporation
2222 Qume Drive
РО Вох49007
Sanjose, СА 95161-9007
(408) 434-6400
Fax (408) 943-8245
GEC Plessey Semiconductors
Cheney Manor
Swindon, Wiltshire
U nited Кingdom SN2 2QW
0793 51800
Fax 0793 518411
Harris Semiconductor
РО Вох883
Melbourne, FL 32902-0883
(407) 724-7747
Fax (407) 724-3937,
1-800 -442 -7747
Linear Technology Corporation
1630 McCarthy Boulevard
Milpitas, СА 95036-7847
(408) 432-1900
Fax (408) 434-0507,
1-800-637-5545
Magnetics Division of Sprang and Company
900 East Butler
РО Вох391
Butler, РА 16003
(412) 282-8282
Maxim Integrated Products
120 San Gabriel Drive
Sunnyvale, СА 94086
(408) 737-7600
Fax (408) 737-7194,
1-800 -998 -8800
Motorola, Inc.
Semiconductor Products Sector
PuЬlic Relations Department
5102 N. 5&h Street
Phoenix, AZ 85018
(602) 952-3000
National Semiconductor Corporation
2900 Semiconductor Drive
РО Вох58090
Santa Clara, СА 95052-8090
(408) 721-5000,
1-800 -272-9959
Optical Electronics, Inc.
РО Вох 11140
Tucson, AZ 85734
(602) 889-8811
Philips Semiconductors
811 Е. Arques Avenue
РО Вох 3409
Sunnyvale, СА 94088-3409
(408) 991-2000
Raytheon Company Semiconductor Division
350 Ellis Street
РО Вох 7106
Mountain View, СА 94039-7016
(415) 968-9211
Fax (415) 966-7742,
1-800 -722- 7074
Semtech Corporation
652 Mitchell Road
Newbury Park, СА 91320
(805) 498-2111
Siliconix Incorporated
2201 Laurelwood Road
Santa Clara, СА 95054
(408) 988-8000
Unitrode Corporation
8 Suburban Park Drive
Billerica, МА 01821
(508) 670-9086
ТА&JIИЦЫ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ ИС (!!]
Таблицы взаимозаменяемости ИС
Многие полупроводниковые устройства и микросхемы, выпускаемые различны
ми производителями, имеют аналогичные характеристики и поэтому взаимозаме
няемы. Следует иметь в виду, что новые компоненты, появившиеся после пуб
ликации схемы, могут значительно улучшить ее свойства. При выборе замены
необходимо учитывать электрические и конструктивные характеристики микро
схем, особенно такие критически важные параметры, как напряжение, ток, рабо
чая частота и др. Лучше всего для этой цели использовать специальные руко
водства и справочники, которые можно приобрести в магазинах электронных
компонентов и комплектующих изделий. При отсутствии такой литературы мож
но воспользоваться помещенными в этом разделе перекрестными таблицами вза
имозаменяемости, в которых микросхемы сгруппированы по функциональному
назначению и типам.
Та6nица 1. Варианты взаимозаменяемости микросхем компании Raytneon и микросхем других
производителей
RAYТHEON RАУТНЕОN
RAYТHEON RAYТHEON
Тип
функцио- Тип
функцио-
микросхемы
прямая
напьная
микросхемы
прямая
наnьная
замена
замена
замена
замена
ADVFCЗ2
RC4153
1СL7бб0
RC4391
ADOP07
ОР-07
1CL7680
RC4190
ADOP27
ОР-27
ICL8013
RC4200
АDОРЗ7
ОР-37
LF155
LF155
ADREF01
REF-01
LF156
LF156
ADREF02
REF-02
LF157
LF157
AD101
LM101
LH2101
LH2101
AD558
DAC-4888
LH2108
LH2108
AD565
DAC-8565
LH2111
LH2111
AD581
REF-01
LM101
LM101
АD58б
REF-02
LM111
LM111
AD647
RC4207
LM108
LM108
AD654
RC4152
LM124
LM124
AD707
RC4077
LM148
LM148
AD708
RC4277
LМЗ24
LМЗ24
AD741
RC741
LМЗЗ1
RC4152
AD767
DAC-4881
LМЗ48
LМЗ48
АМ68б
RC4805
LМЗбВ-5.0
REF-02
АМ6012
DAC-6012
tМЗб8-10
REF-01
СА124
LM124
LМЗ69
REF-01
Сд324
LМЗ24
tM607
АС4077
СА139
LM139
LМ741
RC741
САЗЗ9
LМЗЗ9
LМ8ЗЗ
RC5532 '
СА741
RC741
LM1458
АС455В
СSЗ842
RC4190
LM1851
LM1851
00 ВВЕДЕНИЕ
Табпица 1. Варианты взаимозаменяемости микросхем компании Raytheon и микросхем других
производителей (продолжение)
RAYТHEON RAYТHEON
RAYТHEON RAYТHEON
Тип
функцио-
Тип
функцио-
микросхемы
прямая
нальная
микросхемы
прямая
нальная
замена
замена
замена
замена
СМР-04
LM139
LM1851
RC4145
СМР-05
RC4805
LM2900
LM2900
DAC-08
DAC-08
LM2901
LM339
DAC-10
DAC-10
LM2902
LM324
DAC-80
DAC-4881
LM3900
LM3900
DAC-100
DAC-10
LP165
LP165
DAC-312
DAC-6012
LРЗ65
LP365
DAC0800
DAC-08
LT-1001
LT-1001
DAC0801
DAC-08
LT-1012
LT-1012
DAC0830
DAC-4888
LT-1012
RC4097
DAC-888
DAC-4888
LT-1019
REF-01
DAC1208
DAC-4881
LT-1019
REF-02
DAC1218
DAC-6012
LT-1024
RC4207
DAC1219
DAC-6012
LT-1028
ОР-37
DAC1230
DAC-4881
LT-1054
RC4391
DAC8222
DAC-4881
LT-1070
RC4190
Нд-ОР27
ОР-07
LT-1084
RC4292
Нд-ОР27
ОР-27
МАХ400
RC4077
Нд-ОР37
ОР-37
МАХбЗО
RC4193
Нд-3182
RC3182
МАХ630
RC4190
Нд-4741
RC4741
МАХ6З4
RC4391
НА-5147
ОР-47
МС1741
RC741
HSOP07
ОР-07
МС1747
RC747
HSOP27
ОР-27
МС3403
RC3403
HSOP37
ОР-37
МС4558
RC4558
МС4741
RC4741
SG741
RC741
MPREF01
REF-01
Sl-9100
RC4292
MPREF02
REF-02
SSM-2134
RC5534
МРОР07
ОР-07
Тд7504
RC741
МРОР27
ОР-27
ТА75339
LM339
МРОРЗ7
ОР-37
TL494
RC4190
МР108
LM108
TL496
RC4190
МР155
LМ155
TL497
RC4190
МР156
LM156
TL510
RC4805
МР157
LM157
TSC9400
RC4151
NE5532
RC5532
TSC9401
RC4151
NE5534
RC5534
TSC9402
RC4151
ОРА156
LМ15б
UC1842
RC4292
ОРА27
ОР-27
VFC-32
RC4153
ОРАЗ7
ОР-37
XR-2207
XR-2207
ОР-02
RC741
XR-2208
RC4200
ТА6ЛИЦЫ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ ИС ~
Табпица 1. Варианты взаимозаменяемости микросхем кампании Raytheon и микросхем других
производителей {окончание)
RAYТHEON RAYТHEON
RАУТНЕОN RAVТHEON
Тип
функцио-
Тип
функцио-
прямая
прямая
микросхемы
замена
нальная
микросхемы
замена
нальная
замена
замена
ОР-04
RC747
XR-2211
XR-2211
ОР-07
ОР-07
XR-3403
RСЗ403
ОР-14
RC4558
XR-4136
RC4136
ОР-16
LF156
XR-4194
RC4194
ОР-27
ОР-27
XR-4195
RC4195
ОР-37
ОР-37
XR-5532
RС55З2
ОР-77
ОР-77
XR-5534
RC5534
ОР-97
RC4097
μА101
LM101
ОР-200
RC4207
μА108
LМ108
RC4277
μА111
LM111
ОР-207
RC4207
ОР-227
RC4227
μА124
LM124
ОР-270
RC4227
μА139
LM139
РМ-108
LM108
μА148
LM148
РМ-139
LM139
μА324
LM324
μА339
LМЗЗ9
РМ-148
LM148
РМ-155
LM155
μА348
LM348
РМ-156
LM156
μА741
RC741
РМ-157
LM157
μА747
RC747
РМ-339
LM339
РМ-348
LM348
РМ-741
RC741
РМ-747
RC747
RC4136
RС41З6
RC4151
RC4151
RC4152
RC4152
RC4558
RC4558
RC4559
RC4559
REF-01
REF-01
REF-02
REF-02
REF-05
REF-02
REF-10
REF-01
SE5534
RС55З4
SG101
LM101
SG124
LM124
@] ВВЕдЕНИЕ
Табпица 2. Варианты взаимозаменяемости прецизионных операционных усипителей компаний
Analog Devices, Burr Brown и Raytheon
Analog Dev.
RAYТHEON Корпус Analog Dev.
RАУТНЕОN
Корпус
ADOP-07AH
ОР-07АТ*
ТО-99
AD ОР-37АН/883 ОР-37АТ/8838
ТО-99
AD ОР-07АН/883 ОР-07АТ/8838* ТО-99
ADOP-37AO
OP-37AD
Керамика
AOOP-07CN
OP-07CN*
Пластик
АО ОР-37А0/883 ОР-37АО/8838
Керамика
ADOP-07CR
ОР-07СМ*
so-8
ADOP-378H
ОР-378Т
ТО-99
АО ОР-070/883
ОР-070/8838" Керамика AD ОР-378Н/883 ОР-378Т/8838
ТО-99
AOOP-070N
OP-070N*
Пластик
ADOP-3780
ОР-3780
Керамика
AOOP-07EN
OP-07EN*
Пластик
АО ОР-3780/883 ОР-3780/8838
Керамика
ADOP-07H
ОР-07Т*
ТО-99
АООР-37СН
ОР-37СТ
ТО-99
AD ОР-07Н/883
ОР-ОТТ/8838* ТО-99
АО ОР-37СН/883 ОР-37СТ/8838
ТО-99
АО ОР-070
ОР-070*
Керамика АООР-37СО
ОР-37СО
Керамика
АООР-07АО
OP-07AD*
Керамика АО ОР-37С0/883 ОР-37СО/8838
Керамика
АО ОР-07АО/8838 ОР-07АО/8838* Керамика AOOP-37EN
OP-37EN
Пластик
AOOP-37FN
OP-37FN
Пластик
АООР-27АН
ОР-27АТ
ТО-99
АО OP-37GN
OP-37GN
Пластик
АО ОР-27АН/883 ОР-27АТ/8838 ТО-99
АООР-27АО
OP-27AD
Керамика АО707АО
RC4077FD*
Керамика
АО ОР-27АО/883 ОР-27АО/8838 Керамика АО707СН
RM4077AT*
ТО-99
АООР-278Н
ОР-278Т
ТО-99
АО707СК/883
RM4077AT/8838* ТО-99
АО ОР-278Н/883 ОР-27ВТ/8838 ТО-99
АО707СО
RM4077AO*
Керамика
АООР-2780
ОР-2780
Керамика АО707С0/883
RM4077A0/8838* Керамика
AD ОР-2780/883 ОР-2780/8838 Керамика A0707JN
RC4077FN*
Пластик
АООР-27СН
ОР-27СТ
ТО-99
A0707JR
RC4077FM*
so-8
АО ОР-27СН/883 ОР-27СТ/8838 ТО-99
A0707KN
RC4077EN*
Пластик
АООР-27СО
OP-27CD
Керамика AD707KR
RC4077EM*
S0-8
АО ОР-27СО/883 ОР-27СО/8838 Керамика A0707SH
RC4077AT*
ТО-99
AOOP-27EN
OP-27EN
Пластик
A0707SH/8838
RC4077AT/8838* ТО-99
AOOP-27FN
OP-27FN
Пластик
A0707SO
RC4077AO*
Керамика
AOOP-27GN
OP-27GN
Пластик
A0707S0/883
RC4077AD/8838* Керамика
АО707ТН
RC4077AT*
ТО-99
АООР-37АЕ
OP-37AL
LCC
АО707ТН/8838
RC4077AT/8838* ТО-99
АО ОР-37АЕ/883 OP-37ALj8838 LCC
АО707ТО
RC4077AO*
Керамика
АООР-37АН
ОР-37АТ
ТО-99
АО707Т0/883
RC4077АО/8838* Керамика
Burr Brown
RАУТНЕОN Корпус Burr Brown
RAYТHEON
Корпус
OPA27AJ/883
ОР-27АТ/8838* ТО-99
OPA37AJ
ОР-37АТ*
ТО-99
ОРА27ВJ/883
ОР-278Т/8838* ТО-99
OPA37AJ/883
ОР-37АТ/8838*
ТО-99
OPA27CJ
ОР-27СТ/8838* ТО-99
OPA37AZ.
OP-37AD*
Керамика
OPA27AJ
ОР-27АТ*
ТО-99
ОРАЗ7АZ/883
ОР-37АО/8838*
Керамика
OPA27AZ.
ОР-27АО*
Керамика ОРАЗ7ВJ
ОР-378Т*
ТО-99
ОРА27ВJ
ОР-27ВТ*
ТО-99
ОРА37ВJ/883
ОР-378Т/8838*
ТО-99
OPA278Z
ОР-2780*
Керамика ОРАЗ78Z
ОР-3780*
Керамика
OPA27CJ
ОР-27СТ*
ТО-99
ОРА37ВZ/883
ОР-3780/8838*
Керамика
OPA27CZ
ОР-27СО*
Керамика OPA37CJ
ОР-37СТ*
ТО-99
ОРА27ЕР
OP-27EN*
Пластик
OPA37CJ/883
ОР-37СТ/8838*
ТО-99
OPA27FP
OP-27FN*
Пластик
ОРАЗ7СJ/ВВ3
ОР-37СО/8838*
Керамика
OPA27GP
OP-27GN*
Пластик
OPA37CZ
ОР-37СО*
Керамика
OPA27GU
OP-27GM*
so-8
ОРАЗ7ЕР
OP-37EN*
Пластик
OPA27GZ
OP-27GO*
Керамика ОРАЗ7FР
OP-37FN*
Пластик
OPA27AZ/883
ОР-27АО/8838* Керамика OPA37GP
OP-37GN'"
Пластик
OPA278Z/883
ОР-2780/8838* Керамика OPAЗ7GU
OP-37GM*
S0-8
OPA27CZ/883
ОР-27СО/8838* Керамика
Примечание к табл. * - функциональный аналог.
ТАБЛИЦЫ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ ИС 00
Та6.nица 3. Варианты взоимозоменяемост11 прецизионных опероц11онных усилителей компаний LТС
11 Roytheoп
LTC
RАУТНЕОN Корпус
LTC
RAYТHEON
Корпус
ОР-07АН
ОР-07АТ
ТО-99
LМ108АН
LM108AT
ТО-99
ОР-07АН/8838 ОР-07АТ/883В ТО-99
LM108AH/883B
LM 1ОВАТ/883В
ТО-99
OP-07AJ8
OP-07AD
Керамика
LM 108AJ8/883B
LM 108AD/883B
Керамика
OP-07AJ8/883B ОР-07AD/8838 Керамика
LM108H
LM108T
ТО-99
OP-07CN8
OP-07CN
Пластик
LM108H/883B
LM108T/883B
ТО-99
OP-07CS8
ОР-07СМ
S0-8
LM108J8/883B
LM108D/883B
Керамика
OP-07ENB
OP-07EN
Пластик
ОР-07Н
ОР-ОТТ
ТО-99
LТ1001АСН
LТ-1001АСТ
ТО-99
ОР-07Н/883В
ОР-07Т/883В
ТО-99
LТ1001ACN8
LT-1001ACN
Пластик
OP-07J8
ОР-070
Керамика
LТ1001АМН/883В LT-1001АМТ/883В ТО-99
ОР-07J8/883B ОР-070/8838
керамика
LТ1001AMJ8
LT-1001AМD
Керам11ка
LT1001AМJe/883 LT-1001AМD/8838 Керам11ка
ОР-27АН
ОР-27АТ
ТО-99
LТ1001СН
LТ-1001СТ
ТО-99
ОР-27АН/883В ОР-27АТ/883В ТО-99
LT1001CN8
LT-1001CN
Пластик
OP-27AJ8
OP-27AD
Керамика
LТ1001CSB
LT-1001CM
S0-8
OP-27AJ8/B83B OP-27AD/8838 Керамика
LТ1001МН
LT-1001MT
ТО-99
ОР-27СН
ОР-27СТ
ТО-99
LT1001MH/883B
LT-1001 МТ/883В ТО-99
ОР-27СН/88ЗВ ОР-27СТ/8838 ТО-99
LТ1001MJ8
LТ-1001MD
Керамика
OP-27CJ8
OP-27CD
Керамика
LT1001 MJ8/883B LТ-1001 MD/8838 Керамика
OP-27CJ8/883B OP-27CD/883B Керамика
OP-27EN8
OP-27EN
Пластик
OP-227EN
RC4227FNo
Пластик
OP-27GN8
OP-27GN
Пластик
OP-227GN
RC4227GN*
Пластик
OP-227AJ
RM4227BD*
Керамика
ОР-37АН
ОР-37АТ
ТО-99
ОР-227AJ/8838
RM4227BD/883B* КераМ11ка
ОР-37АН/883В ОР-37АТ/883В ТО-99
OP-37AJ8
OP-37AD
Керамика
ОР-37AJ8/8838 ОР-37AD/8838 Керамика
ОР-37СН
ОР-37СТ
ТО-99
ОР-37СН/8838 ОР-37СТ/883В ТО-99
OP-37CJ8
OP-37CD
Керамика
OP-37CJ8/8838 OP-37CD/883B Керамика
OP-37EN8
OP-37EN
Пластик
OP-37GNB
OP-37GN
Пластик
Примечение к табл. * - функциональный аналог. ОР-227 содержит два усилителя в 14-выводном корпусе.
RC(RM)4227 - монолитные ИС в В-выводном корпусе.
Та6.nица 4. Вар11онты взаимозаменяемост11 прецизионных операц11онных ус11лителей компаний PMI
и Roytheon
PMI
RAYТHEON
Корпус
PMI
RАУТНЕОN
Корпус
OP07AJ
ОР-07АТ .
ТО-99
OP77AJ
ОР-77АТ
ТО-99
OP07AJ/883
ОР-07АТ/8838 ТО-99
OP77AJ/883
ОР-77АТ/8838
ТО-99
OP07AZ.
OP-07AD
Керамика
OP77AZ.
OP-77AD
Керамика
OP07AZ/883
OP-07AD/8838 Керамика
OP77AZ/883
ОР-ПАD/88ЗВ
Керамика
ОР07СР
OP-07CN
Пластик
OP77BJ
ОР-77ВТ
ТО-99
OP07CS
ОР-07СМ
S0-8
OP77BJ/883
ОР- 77ВТ/8838
ТО-99
ею ВВЕдЕНИЕ
Табпица 4. Варианты взаимозаменяемости прецизионных операционных усилителей компаний PMI
и Raytheoп (окончание)
PMI
RAVТHEON Корпус
PMI
RAVТHEON
Корпус
0Р070Р
OP-070N
Пластик
OP778RC/883
ОР-77BL/8838
LCC
OP070S
ОР-070М
S0-8
OP77BZ
ОР-7780
Керамика
ОР07ЕР
OP-07EN
Пластик
ОР778Z/88З
ОР- 7780/8838
Керамика
OP07J
ОР-ОТТ
ТО-99
ОР77ЕР
OP-77EN
Пластик
OP07J/883
ОР-ОТТ/8838
ТО-99
OP77FP
OP-77FN
Пластик
OP07RC/883
OP-07L/883B
LCC
OP77FS
OP-77FM
S0-8
OP07Z
ОР-070
Керамика
OP77GP
OP-77GN
Пластик
OP07Z/883
ОР-070/8838 Керамика
OP77GS
OP-77GM
OP27AJ
ОР-27АТ
ТО-99
PM108AZ
LМ108АО
Керамика
OP27AJ/883
ОР-27АТ/88З8 ТО-99
РМ 1ОВАZ/883
LМ108АО/88З8
Керамика
OP27AZ.
ОР-27АО
Керамика
PM108AJ
LM108AT
ТО-99
ОР27AZ./883
ОР-27АО/8838 Керамика
РМ 1OBAJ/883
LМ 108АТ/8838
ТО-99
OP278J
ОР-278Т
ТО-99
PM108ARC
LM108AL
LCC
OP278J/883
ОР-278Т/8838 ТО-99
РМ 108ARC/883
LM108AL/8838
LCC
OP278RC/883
OP-278L883B
LCC
PM1080Z
LM1080
Керамика
OP27BZ
ОР-2780
Керамика
PM1080Z/883
LM1080/8838
Керамика
OP278Z/883
ОР-2780/8838 Керамика
PM108J
LM108T
ТО-99
OP27CJ
0Р-27СТ
ТО-99
PM108J/883
LM 108Т/8838
ТО-99
ОР27СJ/8ВЗ
ОР-27СТ/88Э8 ТО-99
OP27CZ
ОР-27СО
Керамика
РМ2108АО
LH2108AO
Керамика
OP27CZ/883
ОР-27СО/8838 Керамика
РМ2108АО/883
LH2108A0/8838
Керамика
ОР27ЕР
OP-27EN
Пластик
РМ21080
LH21080
Керамика
OP27FP
OP-27FN
Пластик
РМ21080/883
LH21080/8838
Керамика
OP27FS
OP-27FM
S0-8
OP27GS
OP-27GM
50-8
ОР207АУ/883
RM420780/8838. Керамика
OP27GP
OP-27GN
Пластик
ОР207АУ
RM420780.
Керамика
OP37AJ
ОР-37АТ
ТО-99
ОР227АУ
RМ422780.
Керамика
OP37AJ/883
ОР-37АТ/ВВЭ8 ТО-99
ОР227АУ/883
RM422780/8838. Керамика
OP37AZ
ОР-37АО
Керамика
ОР2278У/883
RM422780/8838. Керамика
OP37AZ/883
ОР-37АО/8838 Керамика
OP227GY
RC4227GN"
Пластик
ОР37ВJ
ОР-378Т
ТО-99
OP37BJ/883
ОР-378Т/8838 ТО-99
ОР378RС/88З
OP-378L/8838 LCC
OP37BZ
ОР-3780
Керамика
OP378Z/883
ОР-3780/8838 Керамика
OP37CJ
ОР-37СТ
ТО-99
OP37CJ/883
ОР-37СТ/8838 ТО-99
ОРЗ7СZ
ОР-37СО
Керамика
OP37CZ/883
ОР-37СО/8838 Керамика
ОР37ЕР
OP-37EN
Пластик
OP37FP
OP-37FN
Пластик
Примечание к табл. · -
функциональный аналог.
ОР207/227 компании PMI содержат два усилителя в 14-выводном корпусе.
RM4207/4227 компании Raytheon - монолитные ИС в В-выводном корпусе.
ТАБЛИЦЫ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТИ ИС 00
Табnица 5. Варианты взаимозоменяемости оnерационных усилителей общего назначения
Raytheon PMI
FSC
AMD
Motorola National RCA Signetics Т.1.
LH2101A
LH2101A
LH2101A
LH2101A
LH2111
LH2111
LH2111
LМ101А
J,IA101A LM101A LM101A
LM101A СА101А LM101A
LМ111
JJД111
LM111
LM111
LM111
Сд111 LM111
LМ124
μА124
LM124
LM124
LM124
СА124 LM124
LM124
LM139
РМ139
μА139
LM139
LM139
LM139
СА139 LM139
LM139
LM148
РМ148
μА148
LM148
LM148
LM148
LМЗО1А
μАЗО1А LМЗО1А LM301A
LМЗО1А СА301А LМЗО1А LM301A
LМЗ24
μАЗ24
LМЗ24
LМЗ24
LМЗ24
САЗ24 LМЗ24
LM324
LM339
РМЗЗ9
μАЗЗ9
LМЗ39
LМЗЗ9
LМЗЗ9
САЗЗ9 LМЗЗ9
LМЗЗ9
LM348
μА348
LМЗ48
LM348
LМЗ48
LM348
LM2900
μА2900
LM2900
LМЗ900
μАЗ900
LМЗ900
LM3900
RСЗ40ЗА
μАЗ403
МСЗ40З
МСЗ40З
RС41Зб
ОР-09
μА4136
RC4136
RC4156
μА148"
МС4741
LМЗ48'
LM348"
RC4157
μА148/348"
МС4741" LM348'
LM348'
RC4558
μА4558
МС4558
RC4558
RC4559
μА4558"
МС4558"
RC4559
RC4741N
МСЗ-4741-5
RM4741D
МС1-4741-2
RC5532
NE5532
NE5532
RC5532A
NE5532A NE5532A
RC5534
NE5534
NE5534
RC5534A
NE5534A NE5534A
RC741
ОР-02
μА741
МС1741 LМ741
СА741 СА741
RC747
ОР-04
μА747
МС1747 LM747
СА747 СА747
RC747S
ОР-04
μА747
LM747
Примечание к табп. • - функциональный аналог.
Табnица 6. Варианты взаимозаменяемости микросхем сnециального назначения
Raytheon Teledyne
Analog
EXAR
Motorola
Datel
Burr Brown
Devices
RC4151
4780"
AD451'
XR4151
VFQ-1C"
VFC-32KF"
RC4152
4781"
дD452'
XR4151"
VFQ-2C'
VFC-42BP"
RC4153
4782"
AD537"
VFa-зc·
VFC-52BP"
RC4200/A
д0539·
МС1494"
4202К"/4205К.
XR2207
XR2207
XR2211
XR2211
RC4444
МСЗ416
Примечание к табп. · -
функциональный аналог.
[]'[] ВВЕдЕНИЕ
Табпица 7. Варианты взаимозаменяемости цифро-аналоговых преобразователей
Raytheon
PMI
OAC-08AD
DAC-08AQ
ОАС-080
ОАС-080
OAC-08ED
DAC-OBEO
DAC-OBEN
DAC-08EP
DAC-OBCN
DAC-08CP
DAC-10BD
DAC-10BX
DAC-10CO
ОАС-10СХ
DAC-10FD
DAC-10FX
DAC-10GD
OAC-10GX
DAC- 6012AMD
DAC-6012MD
DAC-312BR.
DAC-6012ACN
DAC-6012CN
DAC-312FR"
DAC-85650S"
DAC-8565JS"
DAC-8565SS.
Примечение к табл.• -функциональный аналог.
AMD
АМDАС-08АО
АМОАС-080
AМDAC-OBEQ
AMDAC-08EN
AMOAC-08CN
АМ6012АDМ
АМ6012DМ
АМ6012АDС
AM6012DC
Motorola
MC1408L8
МС1408Р6
Табпица 8. Варианты взаимозаменяемости стабилизаторов напряжения и источников опорного
напряжения
Raytheon EXAR
Maxim
Т.1.
Analog
Motorola
NSC
Devices
REF-01
REF-01
МР-5501
AD581"
MC1504AU10"
LH0070-0 "
REF-01A
REF-01A
МР-5501А
AD581"
LH0070-1·
REF-01C
REF-01C
МР-5501С
доsа1·
MC1404U10.
LH0070-2.
REF-010
REF-010
МР-5501 D
AD581"
MC1404U10·
REF-01E
REF-01E
МР-5501 Е
AD581.
REF-01H
REF-01H
МР-5501 Н
AD581"
MC1404AU10·
REF-02
REF-02
МР-5502
MC1504AU5.
LM136-5.o·
REF-02A
REF-02A
МР-5502А
LM136А-5.О"
REF·02C
REF-02C
МР-5502С
MC1404U5.
LМЗЗб-5.о·
REF-020
REF-02D
МР-55020
MC1404U5.
LМЗЗб-5.0"
REF-02E
REF-02E
МР-5502Е
LМЗЗбА-5.О.
REF-02H
REF-02H
МР-5502Н
MC1404AU5.
RC4190
МАХбзо·
RC4193
МАХбзо·
RC4391
МАХ634"
RC4194
XR4194CN
RC4195
XR4195CP
МС1468/МС 1568' LМЗ25/З26"
Примечание к табл. · -
функциональный аналог.
СОКРАЩЕНИЯ И О&ОЗНАЧЕНИЯ 00
NSC
Analog Devices
Analog Power
Micro-Datel
DAC-08AQ
AD-1508-90
МР-7523.
DAC-ICBBC.
DAC-OBQ
AD-1508-90
МР-7523.
одс-1савс·
DAC-08EQ
AD-1408-80
МР-7523°
одс-1свuр·
DAC-08EP
DAC-ICBUP.
DAC-08CP
DAC-IC8UP0
DAC-102ош·
AD7520/30/33'
МР-7520/30/33°
оде-нF1овмм·
DAc-1021122ш8·
AD7520/30/33.
МР-7520/30/33°
оде- нF1 овмм·
DAC-1020 LCNo
AD7520/30/33°
МР-1520 зо133·
DAC- НF1овмс·
DAC-1021/22LCN"
AD7520/30/33"
МР-7520/30/33'
DAC-HF10BMC'
DAC-1220LD'
AD6012ADM
МР-7531/41"
DAC-HF12BMM"
DAC-1221 /22LD'
AD6012DM
МР-7531/41"
DAC- НF12вмм·
DAC-1220 LCNo
AD6012ADC
МР-7531/41"
DAC-HF12вмс·
DAC-1221/22LCN"
AD6012DC
МР-7531/41"
DAC-HF12вмс·
MC3412L
DAC-1208AD-l
0
AD565JD/ВIN
МС3412L
DAC-1280HCD-I '
AD565JD/BIN
DAC-1280HCD-I '
AD5665SD/BIN
Типовые корпуса и расположение выводов ИС
Часто на принципиальных схемах не указываются расположение и нумерация
выводов ИС (особенно выводов питания). Эти данные можно найти в документа
ции производителей или на других схемах, где используется та же И С.
На рис. 1-З показаны примеры типовых вариантов расположения выводов на
корпусе микросхемы. При этом необходимо иметь в виду, что они соответствуют
только указанным типам микросхем.
На рисунках изображена общепринятая последовательность нумерации контакт
ных выводов. Обычно она идет против часовой стрелки (вид сверху). При этом
первый вывод расположен возле ~ключа» (отметки или выемки на корпусе мик
росхемы) в направлении против часовой стрелки. В приведенных примерах
представлены наиболее распространенные корпуса ИС: круглый металлический,
с двухрядным расположением выводов (DIP), малогабаритный DIP (SO DIP),
безвыводной (LCC), многовыводной DIP и корпус с планарными выводами, пред
назначенный для поверхностного монтажа.
Сокращения и обозначения
Для электронных элементов используется определенная система условных обо
значений, а также сокращений для наименований единиц измерения.
Обратите внимание, например, на условные обозначения резисторов и конден
саторов, подключенных к выводу 2 микросхемы SL6442 (рис. 4). Для резистора
это прямоугольник, а для конденсатора - две полоски, причем одна из них зату
шевана. Такое обозначение используется, если важно соблюдение полярности под
ключения элемента к цепи. Если это не имеет значения, то затушеваны обе полоски
~ 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
8-выводной круглый
металлический корпус
(ТО-99),
вид сверху
8-выводной
корпус с двухрядным
расположением выводов
(DIP),
вид сверху
20-контактный
безвыводной корпус
(LCC),
•10111213
8-выводной пластмассовый
плоский корпус с двухрядным
расположением выводов
(SODIP),
11
17
11
15
14
вид сверху
Вывод Назначение
1 VOI Trlm
2 ·lnput
3 +lnput
4·V
5N~
8 OulpUt
7 +v.
8 VOI Trlm
Вывод Назначение
2 V08 Trlm
5 ·lnput
7 +lnput
10 -v.
15 OuфUt
17 +V1
20 VOI Trlm
Рис. 1. Расположение выводов микросхем
с различными корпусами
,,,
Tt
wcc
YReut
COl8l10N
2
"
•
7
•
•
tt
IE011
IEQy
IEOz
SION
8107
8108
IE05
8104
110:1
8102
810t
8100
llPt
8Р2
8P:I
.,"
8Р5
."
8'7
."
Рис. 2. Расположение выводов
микросхемы в мноrовыводном
корпусе DIP
символа (как, например, у емкости, подключенной к выводу 5 микросхемы SL6442,
на рис. 4).
Иногда упрощаются сокращения, принятые для единиц измерения. Так, гречес
кая буква ~μ~ при обозначении емкости конденсатора соответствует микрофара
дам, ~n~ - нанофарадам, а ~р~
-
пикофарадам. А в Японии и некоторых других
странах часто используют символ ~u~ для обозначения приставки~μ~ (микро).
ПОИСК ИНФОРМАЦИИ О МИКРОСХЕМАХ (Ш
osc
Усе
v•ovт
RU HI
R[f' LO
IN HI
IN LO
СОММОN
Yss
Yos
1Cl7182CW44
$[~
S(G4
S[GJ
stG2
S(G1
stco
Рис.3
Расположение выводов микросхемы
в корпусе для nоверхноаного монтажа
При обозначении номинала резистора приставка ~k~ (кило) соответствует ты
сячам ом (обозначается .Q
-
греческая буква ~омега.»), ~М» (мега) - миллионам.
Отсутствие обозначения единицы измерения показывает, что величина резистора
приведена в омах. Если приставки~μ», ~n~, ~Р» используются при указании но
миналов индуктивностей, то это обозначает соответственно μН (микрогенри, мкГн),
nH (наногенри, нГн), рН (пикогенри, пГн). Например, на рис. 4 так обозначены ин
дуктивности 18 и 82 нГн, подключенные к выводу 6 микросхемы SL6442.
При обозначении десятичных значений номиналов схемных элементов иногда
используется следующий прием: буква помещается между цифрами, заменяя собой
запятую, отделяющую целую часть числа. Так, 3k3 означает 3,3 кОм (килоома) или
3300 Ом, 2М2 - 2,2 МОм (мегаома), 7μ7 - 7,7 мкФ, 0μ1 - 0,1 мкФ, 3n7 - 3,7 нФ.
Поиск информации о микросхемах
Микросхемы, представленные в книге, сгруппированы по функциональному на
значению, и каждая группа рассматривается в отдельной главе. Так, в главе 1
содержится информация о схемах контроля микропроцессоров (супервизорах),
в главе 2 - о мультиплексорах и коммутаторах и т.д.
Чтобы найти интересующее устройство, обратитесь сначала к главе, описываю
щей группу схем с соответствующим функциональным назначением, а затем выбе
рите наиболее подходящую по названию. Например, если вам потребовался усили
тель, обратитесь к главе 6. Понадобились данные об источниках питания - откройте
главу 7; нужны сведения об источниках питания, разработанных специально для мик
ромощных устройств или устройств с батарейным питанием, - просмотрите главу 8.
Если вам необходимо осуществить проверку или устранить неисправность схе
мы, найдите главу, где описывается соответствующая функциональная группа. На
пример, методы тестирования операционных усилителей или компараторов (вклю
чая информацию о тестирующем оборудовании) рассмотрены в первом разделе
00 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
........
СМt
SL6442
47
J.IP
"4 1J
Рис. 4. Примеры обозначений схемных элементов
LO. U1МНz
INPUТ
главы 6. Если микросхема не функционирует надлежащим образом (не прошла те
стирование), обратитесь ко второму разделу главы 6, где излагается порядок по
иска и устранения возможных неисправностей.
Отметим, что информация о многих типах схем может встречаться в разных гла
вах. Например, в главе 2 содержатся сведения о мультиплексорах, а в главе 9 - об
аналогово-цифровых преобразователях. одновременно выполняющих функции
мультиплексирования. Поэтому, если вы не смогли найти информацию об интере
сующем вас устройстве после тщательного изучения содержания и перечня рисун
ков, обратитесь к указателю, помещенному в конце книги. Здесь схемы перечисле
ны под различными названиями, с которыми они встречаются в книге.
1. СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Предполагается, что вы уже знакомы с основными понятиями цифровой техники
(системы исчисления, логические схемы, микропроцессоры, цифровое измери
тельное оборудование и т.п.). Если это не так, прочтите сначала книгу John D.
Lenk, •Digital Handbook~, McGraw-Hill, 1992. В начале главы кратко рассмотре
ны способы тестирования и выявления неисправностей цифровых интегральных
схем. Материал расположен так, что читатель, не знакомый с процедурами элект
ронных измерений и методами выявления неисправностей, сможет выполнить
тестирование схем, приведенных в этой главе, и локализовать неисправность
в случае, если исследуемое устройство не пройдет проверки. Прежде чем углу
биться в детали, начнем с краткого обзора схем контроля микропроцессоров.
1.1. ИС контроля микропроцессоров
ИС контроля микропроцессоров (супервизоры) выполняют как аналоговые, так
и цифровые операции, что позволяет упростить и ускорить весь процесс разработ
ки электронной аппаратуры. Основное назначение этих микросхем - жизненно
важное для микропроцессорных систем обеспечение безопасности и функциони
рования при различных нарушениях работы и электрических сбоях. Некоторые
микропроцессоры выполняют функции контроля, но они, как правило, не могут
выявить свои собственные неисправности. Для повышения эффективности и на
дежности работы контроль должен выполняться внешними ИС.
Обычно ИС контроля выполняют следующие задачи: системный сброс при вклю
чении питания, сброс при внезапном понижении питающего напряжения, заттрет
записи в память при пониженном напряжении питания, предупреждение о воз
можном отключении питания, переключение на резервную батарею и контроль
с помощью сторожевого таймера. Все это можно легко реализовать по отдельности.
Но если необходимо совместное выполнение перечисленных действий, особенно
при недостатке свободного места на плате, могут возникнуть проблемы. Рассмот
рим кратко эти функции и их роль в работе микропроцессорной системы в целом.
00 СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
1.2. Сброс при включении питания
При подаче питания на микропроцессор ero внутренние регистры устанавливают
ся в произвольные состояния и содержат, таким образом, случайные данные. При
менение команды RESET (сброс) позволяет решить эту проблему за счет установ
ки всех регистров в заранее определенное начальное состояние. Для обеспечения
правильного начала работы на вход RESET микропроцессора должен поступать
сигнал низкого логического уровня в течение 20-120 мс после включения пита
ния. Точнее, внешняя схема сброса должна удерживать на входе RESET этот ло
гический уровень, пока напряжение питания не достигнет минимального значе
ния, необходимого для нормального функционирования микропроцессора. Только
после этого сигнал сброса должен быть снят. Если отсчет начнется слишком рано
или закончится слишком быстро, внутренние регистры микропроцессора останут
ся в хаотическом начальном состоянии. Следователь1:10, схема сброса при включе
нии питания должна содержать таймер, компаратор и источник опорного напря
жения, а также цепи, обеспечивающие электрическое сопряжение с входом RESET
микропроцессора.
1.3 . Сброс при понижении напряжения питания
После включения микропроцессор сохраняет работоспособность, пока напряже
ние питания остается номинальным. Чтобы обеспечить надежность работы, схема
контроля должна фиксировать как кратковременные колебания, так и длительные
спады напряжения питания. Пониженное напряжение редко бывает непосред
ственной причиной поломок аппаратуры, но способно вызвать не предусмотрен
ные программой действия, что, в свою очередь, может вывести из строя всю систе
му. Так как микропроцессор не способен управлять собственным сбросом, то этот
сигнал должен автоматически вырабатываться внешним устройством.
В большинстве ИС контроля (например, компании Maxim) цепи, формирую
щие сброс при понижении напряжения питания, используют те же прецизионные
схемы контроля напряжения, что и цепи, работающие при включении питания.
Поэтому при возвращении значения питающего напряжения к минимально допу
стимому выход RESET ИС контроля, подключенный к соответствующему входу
микропроцессора, остается в состоянии низкого логического уровня на время за
держки включения, как и при обычном первоначальном включении питания.
1.4 . Запрет записи в память при пониженном напряжении питания
Обычные системные сбои иногда становятся причиной серьезной проблемы.
В момент сбоя микропроцессор может ошибочно записать в энергонезависимое
ЗУ случайные данные, что приведет к потере информации и нарушениям програм
мы, которые нельзя восстановить при простом сбросе. Для предотвращения подоб
ных ситуаций система должна блокировать сигнал, разрешающий запись в память
(СЕ), при кратковременном или продолжительном снижении напряжения пита
ния. С этой целью выходной сигнал компаратора, следящего за напряжением пи
тания, и команда СЕ подаются на логический элемент, сигнал с выхода которого
ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ НАРЕЭЕРВНУЮ&АТАРЕЮ @]
используется для управления входом СЕ энергонезависимого ЗУ. Но такой логи
ческий элемент должен надежно функционировать даже при снижении напряже
ния питания до 2 В (учитывая, что обычно напряжение питания цифровых уст
ройств равно 5 В).
1.5. Предупреждение об отключении питания
Полная защита цифровых систем требует не только обнаружения падения питаю
щего напряжения и последующего сброса. До сброса могут быть необходимы
и другие действия. Например, запись микропроцессором содержимого регистров
в энергонезависимую память (такую, как КМОП ОЗУ с батарейным питанием).
При построении схем предупреждения об отключении питания учитывается то,
что у большинства стабилизаторов напряжения во входном фильтре стоят конден
саторы большой емкости. В типичном пятивольтовом источнике питания они за
ряжаются до 8-10 В. Такой заряд позволяет стабилизатору поддерживать выход
ное напряжение на уровне номинального в течение 50-100 мс после отключения
первичного питания, пока конденсатор не разрядится до напряжения примерно 6,5 В
(или менее, при использовании стабилизатора с малым падением напряжения).
Поэтому схема контроля может следить за напряжением на конденсаторе входно
го фильтра. В ИС компании Maxim это осуществляется с помощью входа контро
ля отключения питания (PFI). Когда входное нестабилизированное напряжение на
конденсаторе фильтра снижается до заданного значения (как правило, около 7,5 В),
внутренний компаратор вьшает сигнал о предстоящем отключении питания
(PFO). Это предоставляет микропроцессору достаточное время для процедур,
которые необходимо выполнить перед выключением системы. Сигнал PFO обыч
но подается на вход немаскируемого прерывания (MNI) микропроцессора, что
обеспечивает высший приоритет исполнения.
В ИС контроля сигнал PFI, формируемый из напряжения на конденсаторе филь
тра с помощью внешнего делителя на двух резисторах, поступает на один из вхо
дов внутреннего КМОП компаратора; на другой его вход подается опорное напря
жение (обычно 1,3 В). Это позволяет выбрать требуемый порог срабатывания ИС
при снижении напряжения на конденсаторе.
1.6 . Переключение на резервную батарею
КМОП ОЗУ обычно питается от того же источника напряжения 5 В, что и микро
процессор. При переключении на батарею с напряжением 3 В в режиме резерви
рования ОЗУ сохраняет ранее записанную информацию при потреблении очень
малой мощности (ток питания снижается от нескольких миллиампер в номиналь
ном режиме до нескольких микроампер в режиме резервирования). Поэтому ре
зервная батарея может быть небольшой емкости.
Схема, которая переводит питание ОЗУ с основного на резервное, должна оста
ваться в активном состоянии, чтобы произвести обратное переключение при вос
становлении основного питания. Она также получает энергию от батареи, следо
вательно, ее ток потребления должен составлять несколько микроампер. Кроме
2 Зак. 733
~ СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
небольшого энергопотребления необходима также надежная работа схемы пере
ключения при снижении напряжения питания в случае постепенного разряда ре
зервной батареи. Те же требования относятся к схемам сброса и защиты ОЗУ от
случайной записи, которые также остаются в активном состоянии в режиме резер
вирования.
1.7 . Сторожевой таймер
/
Как правило, программное обеспечение состоит из взаимосвязанных последова-
тельно выполняемых модулей. Иногда из-за непредусмотренных и зачастую не
предсказуемых обстоятельств выполнение программы останавливается на каком
то из модулей, и происходнт бесконечное выполнение одного и того же бесполезного
или даже вредного действия. Сторожевой таймер следит за выполнением програм
мы и дает команду сброса при появлении признаков остановки.
Для исполь.зования сторожевого таймера его вход подключается к порту микропро
цессора, программа которого составляется таким образом, чтобы предусмотреть за
пись несколько раз в секунду каких-либо данных в порт. При отсуrствии периодичес
ких сигналов от микропроцессора в течение заранее заданного времени ожидания
таймер оценивает ситуацию как сбой программы и вьщает команду системного сбро
са. Оmимальная длительность этого интервала времени зависит как от аппаратного,
так и от программного обеспечения. Так, больший период обеспечит дополнительное
время для микропроцессора, который инициирует систему после включения до запус
ка основного пакета программного обеспечения. В некоторых системах сторожевой
таймер активизируется только для определенных приложений.
1.8. Тестирование и устранение неисправностей цифровых
и микропроцессорных схем
Тестирование, поиск и устранение неисправностей цифровых схем можно выпол
нить с применением обычного контрольного оборудования (различных измерите
лей, генераторов, осциллографов и т.д.). Однако, если вам приходится регулярно
тестировать и ремонтировать цифровые устройства, логический или цифровой
пробнμк и цифровой импульсный генератор облегчат эту задачу. В этом разделе
кратко описаны пробник и генератор, а также рассмотрены методики тестирова
ния и поиска неисправностей в различных цифровых устройствах.
1.8.1. Логический пробник
Логические (цифровые) пробники применяются для наблюдения за работой
цифровых логических устройств. При помощи простого светящегося индикато
ра пробник показывает логические состояния цифровых схемных элементов
и позволяет обнаружить импульсные сигналы (даже очень короткие, которые
можно пропустить, используя осциллограф). Логические пробники выявляют
и показывают высокие и низкие (лог. 1 или лог. О), а также промежуточные
(в случае обрыва цепи) логические уровни на выводах логического элемента
ТЕСТИРОВАНИЕ И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ 00
(наnример, на входах и выходах логической схемы, цифро-аналогового преобра
зователя или микропроцессора).
Не все пробники обладают одинаковыми характеристиками. Например, многие
усовершенствованные модели обесnечивают индикацию четырех состояний: ин
дикатор не светится, светится тускло (вполнакала), светится ярко (в полный на
кал) или мигает.
После включения индикатор светится вполнакала и может перейти в одно из
трех состояний в зависимости от уровня напряжения на щупе пробника. Яркое
свечение означает логическую 1, а его отсутствие - логический О. Свечение впол
накала указывает, что величина наnряжения находится между уровнями логичес
ких О и 1 или цепь разомкнута. Мигание индикатора с частотой около 10 Гц свиде
тельствует о наличии в цепи сигнала импульсного характера (частота вспышек не
связана с параметрами этого сигнала). Особенно эффективно использование проб
ника вместе с импульсным генератором.
1.8.2. Логический импульсный генератор
Переносной логический имnульсный генератор (внешне похожий на логический
пробник) - это прибор, который может подключаться к тестируемому элементу
схемы и автоматически подавать на его вход импульсы требуемого логического
уровня, амnлитуды и длительности. Обычно импульсный генератор имеет несколь
ко режимов формирования импульсных последовательностей.
Логические генераторы совместимы с большинством цифровых устройств. Ампли
туда импульсов определяется наnряжением источника nитания тестируемого обо
рудования, который используется и для питания генератора. Величина импульсов
тока и их длительность зависят от тестируемой нагрузки, а частота и количество им
пульсов, генерируемых прибором, определяются положением переключателя. Ми
гающий светодиодный индикатор на щуnе генератора указывает рабочий режим.
Прибор может быть запрограммирован на вьщачу как одиночных импульсов,
так и их непрерывной или ограниченной последовательности, что nозволяет сфор
мировать управляющие импульсы или синхросигналы, необходимые для работы
исследуемой схемы. При использовании генератора вы можете наблюдать за ра
ботой устройства с помощью логического пробника.
1.8 .3 . Тестирование и поиск неисправностей
с помощью пробника и генератора
Схему, представленную на рис. 1.1, можно протестировать nутем контроля выхо
да при подаче импульсных сигналов на вход. Для этого применяются логический
(или обычный) генератор импульсов на входе и nробник (или осциллограф) на
выходе схемы. Так, если импульсы ЭСЛ уровня поданы на вход логического эле
мента ЭСЛ, то на выходе должны наблюдаться импульсы ТТЛ уровня. Если они
отсутствуют на выводе 7 компаратора 4805, nроверьте наличие импульсных сиг
налов на выводе 2 и уровня порога на выводе 3. Эти измерения позволят опреде
лить, где возникла проблема - в компараторе или в логических элементах.
(Е] СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Входной
сигнап ЭСЛ о----
уравня
-Vs
ИС ЭСЛ одной серии
+5.0V
-Vs
- Vs(-5 .2V)
-- Пороr
логического
перехода
Выходной
сигнапПЛ
уровня
Рис.1.1
Преобразователь сигналов
ЭСЛ уровня в сигналы ТТЛ
уровня
1.9. Общие принципы поиска неисправносrей цифровых устройств на ИС
Сведения, приведенные ниже, касаются цифровых схем, главными компонентами
которых являются ИС.
1.9 .1. Цепи питания и заземления
Первый шаг по поиску неисправностей цифровых схем - это проверка цепей пи
тания и заземления всех ИС. Mнorne ИС имеют более одного контакта для подачи
питающих напряжений и несколько контактов заземления. Например, ИС LTC1043,
показанной на рис. 1.2, требуется подать напряжение +5 В на вывод 4 и напряже
ние -5 В на вывод 17. А ИС LTC1090 (рис. 1.3) имеет и цифровое (DGND), и ана
логовое (AGND) заземления. ИС DAC-8565 (рис. 1.4) также имеет аналоговое (вы
вод 5) и цифровое (вывод 12) заземления.
1.9.2. Сигналы сброса, выбора ИС, считывания. записи и начала работы
Если выводы питания и заземления подключены правильно, проверьте входы сиг
налов сброса, выбора ИС, начала работы и других необходимых функциональ
ных сигналов. Например, для DAC-4881 (рис. 1.5, табл. 1.1) сигнал выбора ИС
(CS) поступает на вывод 1, а декодированные сигналы адреса (ADH и ADL) - на
выводы 2 и 28. Для АЦП ADC0808/080 (рис. 1.6) требуются сигналы начала рабо
ты (START), разрешения считывания адреса (ALE), окончания преобразования
(ЕОС) и разрешения считывания выходных данных (ОЕ) от микропроцессора или
управляющего логического устройства. Если хотя бы один из указанных сиrnалов
отсутствует или не обладает требуемыми параметрами (иная амплитуда сигнала,
нарушение временных соотношений и т.д.), схема немедленно прекратит работу.
В одних случаях сигналы управления цифровой ИС поступают на схему в им
пульсном виде, обычно в определенной временной последовательности, в других -
для управления используются постоянные сигналы логического (высокого или
низкого) уровня. Если источник питания (обычно +5 или +12 В и +3 или +3,3 В
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОИСКА НЕИСПРАВНОСПЙ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ НА ИС (]!]
Е1•
av-sv~,...°'~_.,""".,....., .
ПоДС'l])ОЙка
полной шкалы
'
-5У
Формирователь тока
1~
Выход А
_ 5у ПОдс:!J)ОЙКЗ -
линеиностм -
LТСIО-Э 1
L--Ep--J
-sv
Переключатель
тока
Рис. 1.2 . 16-битовый АЦП со стабилизацией пре~_ы_в_а_ни_е_м____ _____ _____ __
сно
Vte
CHI
ACLK
СН2
sа.к
Аналоrовые
СН3
о..
ВХОДЫ
СН4
D0\11
СН5
LfCIOIO
cs
CHI
llEF•
СН7
REF-
v-
sv
ь.
4,7,.f ':'
...,.___"
линия
2,7t0 последоватепыюй _IН_T_E_L80-51--
.......__,. _п е ре да ч. . .. ._
__
и дэ_нн_ы_х... ,
13
..-~--..-""""'t--~---t'12
------+-_...,_ ___. •11
.,...___....,.______," 4
Ll1009
l,5V
Формат данных, пере.даваемых
из lntel 8051 в LTC 1090
Конфиrурация
Конфиtwация
аналоговых входов поспедоеательноrо
rюрта
с четырехпроводным микро
процессорным интерфейсом
(]!] СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
+10,00V
Uвых. опорн. -4
lonopн.
1 Fl1
•
100
DAC-8585
"Цифр. земля"
~
ЦАП
lвых=
"' 4хlonopн.хкод
Рис. 1.4 . Ц.ДП с одноnолярным выходным напряжением от О до+ 1О В
.-....··
Точка
18
26
21 суммирования
11
-v1
Годё-4881- бкпООяр;;оё ~л~"; ---------..,
~
1
смещение
усиленмя
IAef
111. ,,
1
1
1
i
IAef
271 Ou1
UО11ОрН.
+10V
:мiом
1
'ICi
-:'
1
11АОН
1
'
281 AOL
м111120
·v.ea
1
1
1
115
-Vs о
1
1
1
м:В-- _J
1/l•LS8
:t:мsв
etr••
•Ys
11;
i -V1
f·;
Выход
от0до+10V
•Ys
1М 1IOKto
Реrулмровка 1
*
смещенмя
·1DVto
+1DV
·Уа
Рис. 1.5. В-битовый Ц.ДП с микроnроцессор_~~ интерф_е_йс_о_м
________________
Табnмца 1.1. Таблица преобразования 8-битовоrо ЦАП
Старшие разряды
Формат Значения выходной шкалы 81 82 83 84 85
данных
86 87
Смещенный
Максимальное положительное 1 1 1 1 1
двоичный код
!
Несмещенный--ноль · МаксимЗ.льное положительное
-
-1
-·1
!1
-+г
выходного
минус младший разряд
напряжения
Ноль плюс младший разряд
Ноль
Ноль минус младший разряд
Максимальное отрицательное
плюс младший разряд
Максимальное отрицательное
Двоичный код
Максимальное положительное
с дополнением
Максимальное положительное
до двух (прямой минус младший разряд
с инверсией
Ноль плюс младший разряд
старшего разряда). Ноль
Несмещенныи ноль
w
выходного
Ноль минус младшии разряд
напряжения
Максимальное отрицательное
плюс младший разряд
Максимальное отрицательное
1
1
о
о
о
о
о
о
о
Табпица 1.2. Таблица преобразования 12-битовоrо ЦАП
Значения выходной
о
о
1
о
о
1
1
о
о
1
о
о
о
о
1
о
о
1
1
о
о
1
о
о
о
о
1
о
о
1
о
о
1
о
о
о
о
1
о
о
1
о
о
1
о
о
Старшие разряды
о
о
1
о
о
о
о
1
о
о
о
о
1
о
о
1
1
о
о
1
о
о
Младшие разряды 1 мА
88 89 810811812 °·
о
о
1
о
о
1
1
о
о
1
о
о
1111
З,999
-11
111 -о 3,998
о
о
1
о
1
1
о
о
1
о
о
оо
о ·-io
1.1
оо
о
1
1
о
1
1
1
о
1
1
о
1
о
2,001
2,000
1,999
0,001
0,000
З,999
3,998
о
о
1
о
о1
2,001
оо
2,000
1 1--! 1,999
о !-1
0,001
ооо
0,000
io, мА
0,000
0,001
1,998
1,999
2,000
З,998
З,999
0,000
0,001
1,998
1,999
2,000
З,998
З,999
Yout• 8
9,9951
9,9902
0,0049
0,0000
-0,0049
-9 ,9951
-10,000
9,951
9,902
0,0049
0,0000
-0,0049
- 9,9951
- 10,000
Формат данных
шкалы
81828384858687
Младшие разряды 10 , мА i0 , мА Yout, 8
88 89 810 811 812
Прямой униполярный
двоичный код
с позитивной логикой.
Несмещенный ноль
выходного напряжения
Дополнительный
униполярный двоичный
код (прямой
с негативной логикой).
Несмещенный ноль
выходного напряжения
Максимальное положительное 1 1
-
__. .
Максимальное положительное , 1
,1
11
!___+1 11
1.,!1
минус младший разряд
j
f
Ноль плюс младший разряд
1
1
ООООО
Ноль
ООООО
Максимальное положительное ~О _J О _ О О О
Максимальное положительное \О О О О О
минус младший разряд
~__J_
__ _l
Ноль плюс младший разряд ·1 1 1 1 1
Ноль
l1·11~11
о
о
о
о
1
о
о
о
о
-~
1
1
1
.1
_J111- 1 1 3,999 0,000 9,9976
1l111ОЗ,9980,001
9,9951
О О О О 1 0,0001З,998
0,0024
ООООО0,000З,9990,0000
.о _j_O
О __ О О 0,000 З,999 _ ,9,9976
О 'о О О 1 0,001 З,998 9,9951
1---f1-~ 1 О З,998 0,001
0,0024
З,999 0,000 0 ,0000
о
~"'::1
.,,
:s:::
:r:
с
:s:::
::1
Е
::1
in
~:r:
"':s:::
n
::1
::111
:r:
о
Q
'"
:S:::c
.с
:s:::
е
~111
Е
><
~о
:S:::c
а
s:s:::
n
~
00 СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
а)
Рис.1.6
Измерительный АЦП с раздельным интерфейсом:
а) схема подключения; 6) временные диаграммы;
в) структурная схема
61
-
Mlill'I .
11
+V
Or аналаовых
датчикое
Y~11111tea1значенМll
1
1-
Вх.дзжые
• СЧllТ.
Раэреw
еых.дан НЬIХ
_ ,,_
ltoc
х
Vcc=5V
SY
1111r 1•1
CLOCIC
ОЕ
11111
D7
D8
1111
D8
1М
1111
DJ
8Q
DZ
КЦПУмлм
ADCIDlll D1
llOnl'll!CКONy
ADCIOOO
устройству
INol
D8
уnравпени11
1111
IOC
1118
1117
SТART
ALI
с
lllfr 1-1
А
CND
L
J
1~·~~
( 1112
~
:
{§.
~
'С
_________________,.."____________
Достоее рные
•
Выk. дзжые
З·еООСТОАНме (вых. OТk/llO'll!lt)
вых. дзжые
для последних разработок) или какие-то цепи, передаюшие сигналы на И С, ока
жутся оборванными или замкнутыми на ~землю~. то схема работать не будет. Та
ким образом, если вы обнаружили, что на управляюшем входе ИС постоянно име
ется сигнал высокого (низкого) уровня или этот вход явно не подключен (сигнал
~плавает~ по уровню), то следует внимательно проверить дорожки печатной пла
ты и другие проводники, соединенные с выводом.
Например, если DAC-4881 включен в схему (рис. 1.7, табл. 1.2) как 12-битовый
ЦАП прямого двоичного кода (см. главу 9), то его входы CS (вывод 1), ADH и ADL
(выводы 2, 28) замыкаются на ~землю~. Если он используется как 8-битовый ЦАП
ТЕСТИРОВАНИЕ ИС КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ ШJ
aLE----
-------------тат~
вl
"
Логм'IЮСое
)СТРОЙСТ11О
уnрав11011ия
...,_____ Старт
Скrнап 01:он•са11111
..--------
.....
npeoбpaэollatlllЯ
(прерывание)
--- Раз реше ние
С'1111Ъ118НМЯ(0Е)
3ащеnка
___
...
CЗCOCJO!НAQI
выхода
D7
De
118
1М
D3
D2
D1
DD
дополнителыюго двоичного кода (рис. 1.5), то на вывод CS должен поступать сиг
нал записи данных (WR), а на выводы ADH и ADL - декодированные сип1алы
соответственно младшего и старшего бита адреса от микропроцессора.
1.9.3 . Синхронизирующие сигналы
На многие цифровые ИС необходимо подавать синхронизирующие сигналы {так
товые импульсы). Например, в интегральных схемах SAR2504 (рис. 1.8, табл. 1.3)
и 74С905 SAR (рис. 1.9) имеются специалы1ые входы для тактовых импульсов
(СР). На рис. 1.6б показаны тактовые импульсы для АUП, изображенного на
рис. 1.6а. В некоторых случаях тактовые импульсы подаются от внешнего источ
ника (см. рис. 1.6а и 1.8а), а иногда синхронизатор имеется в составе схемы.
Как правило, наличие импульсов на каком-либо выводе цифровой ИС означает,
что тактовые импульсы поступают на схему, однако не стоит всегда на это рассчи
тывать. Проверьте непосредственно тактовые выводы (как правило, все ИС, требу
ющие синхронизации, подключены к одному источнику тактовых импульсов). Их
наличие можно определить при помощи осциллографа или логического пробника,
однако частотомер обеспечивает большую точность измерений. Ясно, что ИС не
будет функционировать, если на нее не поступают тактовые сигналы. С другой сто
роны, если произошло отклонение от требуемого значения тактовой частоты, нор
мальная работа схемы будет нарушена, хотя тактовые сигналы поступают на все ИС.
Нужно отметить, что кварцевые тактовые генераторы, обычно сохраняющие фик
сированное значение частоты, иногда мшут самопроизвольно переходить на другую
(обычно третью) гармонику тактовой частоты из-за повышенной емкости входа ИС.
1.9.4 . Входные и выходные сигналы
Если вы убедились, что все ИС исправны, правильно подключены к питанию
и заземлены, а все тактовые и управляющие сигналы (сброса, выбора ИС, записи,
начала работы, разрешения и т.д.) присутствуют, проверьте входные и выходные
сигналы каждой ИС. Это можно сделать при помощи осциллографа или пробника.
@] СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
NC
Точка
18
26
21 с~ммирования
г~~ -~SI;;- -- Ре;~ка-
--- -
-
-~;;20
1
смещение
\'(:илеюtЯ
I
1...,
10v11111e
.",.I
171 ln
1Ref
211 °"'
241Gnct
1
Uonopн.
+10V
2 1АОН
Уnраапяющее
....._:>---.;..;.,о....____,.
поrическое
1
~rройспю
1
21 IADL
L--------
14 • 1.\11. бкт
J • сr.бкт
Рис. 1.7 . 12-битовый ЦАП
Примечание к рис. 1.5 и 1. 7.
Процедура калибровки:
1. Уста1ювите 1ш входах логический О.
14-11
4
Мл. бкт
10-3
•
Ст. бкт
f16
1
1
1
l2J
•va 12sо
1
1
1
115
•Va:O
1
1
1
---
_J
Vвых
08о-10У
с,··
и-··
2. С помощью регулировки смещения установите иапряжеиие на выходе, равным максималыюму
отрицателыюму значе1шю (11.улю).
3. Уста11.овите иа входах логическую 1.
4. С помощью регулировки усиления уста11.овите максималь11.ое (в соответствии с масштабом)
зоочение выходи.ого 11.апряжения.
• Умеиьшает шумы опор11.ого ситала.
• • Уметшает время уста11.овления.
1.10. Тестирование ИС контроля микропроцессоров
Наиболее практично при проверке ИС контроля наблюдать их в действии (осо
бенно, если вы понимаете, как они работают). Приведем несколько примеров.
На рис. 1.10 показана ИС контроля питания DS1231, которая используется
в цифровых схемах. В интегральной схеме DS1231 применяется температурно
компенсированная схема источника опорного напряжения, обеспечивающая как
ТЕСТИРОВАНИЕ ИС КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ @]
,g
~ 0.75 t---11-- -o111r--t --- -_..,11r--__ ,_. .. .. . .. .
f0.5011----+--~---...+
~
о----.-.--------------_.______ __.
100 200 300 400 500 600 700 800
Время преобразования, нс
бl
l
-
Е
s
-
SAR
тат~=
СР
2504
011
+15V
r
8'(f-411
-
::5К
,11 ~ мsв
...
DAC-IDIZ
.....--
Comp
0001"F
..
"
.
: : 1CllC
0.01"F
••
1"F
11
11+
..
Рис.1.8
Быстродействующий 12-битовый АЦП: al зависи
мость точности от времени преобразования;
бl структурная схема АЦП
Вых данных
r в поСледовательном коде
се 00
о
00 LS8
~
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Цифр.входы
-
-
-
-
-
-
v., Аналог. ВХОД
-
-
1) о (0-10V)
-
-
.. ,•
мsв 1ом:: ' 2.SК
LSB lo
~
*
1о
~
IN5082
0.001"F
••
"
1"F
11+
11
v
··~r v
о
vо
)
v
-Vs
+Vs
Табпица 1.3. Время nреобразования быстродействующего 12-битовоrо АЦП
Время преобразования
Типовое значение
ХудwиА случай
SAR
33 нс
55 НС
4805
92 нс
125 нс
Общее
375 нс
бВОнс
Общеех 13
4,9мкс
в.в мкс
~ СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
tOOll
38"
ПQD.СТРОЙКЗ -5 V
LT103/I
5111
Рис. 1.9. 12-битовый АЦП с малой потребляемой мощностью
правильное выключение, так и автоматический сброс процессорных систем. Эта
ИС следит за уровнем входного напряжения стабилизатора источника питания
(обычно на конденсаторе входного фильтра) и выдает управляющие сиrналы
RST или RST и NMI на процессор. Время, отведенное процессору для выключе
ния, прямо пропорционально времени удержания напряжения питания при вык
лючении источника. Как только уровень Vсе понизится на заранее выбранную
пороговую величину (5 или 10%), ИС DS1231 остановит процессор. Это предот
вратит выполнение ошибочных тактов. Отметим, что в данной схеме для выбора
пятипроцентною значения порога вывод TOL заземлен. При восстановлении на
пряжения питания до прежнего уровня, во избежание какого-либо искажения
данных, хранящихся в энергонезависимой памяти системы, процессор остается
неактивным до тех пор, пока питание полностью не стабилизируется.
Таким образом, ИС DS1231 должна обеспечить подачу сигналов RST, RST
(для некоторых систем моrут быть необходимы оба сигнала) и NMI на микро
процессор при отключении питания на входе стабилизатора_ Для проверки вы
полнения этой функции подайте напряжение 1О В на точку контроля напряже
ния питания и зафиксируйте исходное состояние выводов RST, RST и NMI
(предварительно убедитесь, что на выводы Vcc и MODE поступает напряжение
+5 В, как показано на рис. 1.10). Теперь отключите контролируемое напряжение
и проверьте появление сиrналов RST, R ST и N MI на соответствующих выводах
ИС DS1231.
R1
R2
ТЕСТИРОВАНИЕ ИС КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ ~
ТОЧ1а контроля Uпит.
DS12Э1
IN
МОDЕ
TOL
GND
RST
RST
Порог= -5% Vcc
+SV
-------кМП
Рис.1.10
Схема контроля питония
цифровых устройств
На рис. 1.11 показана ИС DS1232LP/LPS, которая используется для контроля
питания и управления выполнением программ в микропроцессорных системах,
а также обеспечивает ручной сброс при помощи кнопки. При снижении напряже
ния Vсе до определенного порогового значения (определяемого подключением вы
вода TOL) генерируются сигналы сброса RST и RST. Если вывод TOL подключен
к Vcc' сигналы сброса вырабатываются при падении Vcc ниже 4,5 В. Если же вывод
TOL заземлен, то сигналы сброса выдаются при падении Vcc ниже 4,75 В.
+5Voc
081232
LPILPS
+SVoc
ALE
RSТ
8051
мп
Рис.1.11
Схема контроля
питания с кнопкой
сброс_а_____
При восстановлении напряжения питания сигналы RST и R ST продолжают ос
таваться активными в течение минимум 250 мс, что необходимо для стабилиза
ции работы источника питания и процессора. При нажатии кнопки на вход РВ RS Т
поступает напряжение низкого (активного) уровня. При отпускании кнопки вы
рабатываются сигналы сброса длительностью минимум 250 мс. Указанный пери
од времени отсчитывается с момента размыкания контактов кнопки.
Для того чтобы проверить срабатывание ИС при снижении напряжения пита
ния, уменьшите напряжение V се с 5 до 4,5 В (или до 4,75 В при замыкании вывода
TOL на ~землю~, как показано на рис. 1.11) и убедитесь в появлении сигнала RST
на соответствующем выводе И С (также должен появиться инвертированный сиг
нал R ST, хотя он и не используется в данной схеме).
~ СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Для проверки работы ручного сброса восстановите уровень напряжения Vсе до
+5 В. Затем нажмите и отпустите кнопку. Проверьте появление сиrнала RST. Если
необходимо, измерьте с помощью двухканального осциллографа интервал време
ни между моментом отпускания кнопки и появлением сиrнала RST. Он должен
составлять 250 мс. Длительность сигнала RST (как и R ST) должна быть 250 мс.
И наконец, отключите, а затем вновь подайте напряжение Vсе ( 5 В). Убедитесь,
что сигналы RST и R ST выдаются как минимум 250 мс.
На рис. 1.12 показана аналогичная схема, дополненная функцией сторожевого
таймера, контролирующего выполнение программы. Сторожевой таймер активи
зирует сигналы RST и R ST (выключающие процессор) при отсутствии сигналов
на входе ST в течение заранее заданного периода времени из-за каких-либо сбоев
в исполнении программы.
081232
LPILPS
+5Voc
Рис. 1.12 . Схема контроля питания с кнопкой сброса и сторожевым таймером
Декодер
Этот период ожидания устанавливается равным примерно 150 мс при подклю
чении входа TD к ~земле~, 600 мс - сели вход TD не подключен, и 1,2 с - при под
ключении входа ТО к шине питания Vсе· Отсчет периода ожидания начинается
сразу по окончании сигналов сброса На вход ST могут подаваться данные, адрес
ные и/или управляющие сигналы. При выполнении процессором программы они
периодически поступают на таймер, сбрасывая его до истечения периода ожидания.
Во время тестирования схемы, приведенной на рис. 1.12, для проверки функ
ций сброса используйте процедуры, описанные выше. Чтобы оценить работоспо
собность сторожевого таймера, блокируйте сигнал ST и убедитесь в появлении
сигналов RST и R ST после окончания установленного периода ожидания. Если,
как показано на рис. 1.12, вывод ТО заземлен, этот период должен быть примерно
равным 150 мс. При проверке вывод ST может быть закорочен на ~землю~ или,
что более практично, отключен от цепи. Для измерения длительности периода
ожидания используйте двухканальный осциллограф.
На рис. 1.13 показана ИС OS1236, которая используется для контроля питания
цифровых систем. Она подаст на микропроцессор сигнал NМiдля предупрежде
ния об отключении питания. Прецизионный компаратор следит за изменением
ТЕСТИРОВАНИЕ ИС КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ ~
1
16
RSТ
+5Voc
2
15
RST
Усе
OND
3
14
кмn
4
113
-
~~
-
5
812
контроля
6
11
Uпит.
АС
7
10
NМ1
8
9
Рис. 1.13. Схема контроля питания цифровых систем с предупреждением об отключении питания
-----
напряжения на высокоомном входе IN относительно уровня напряжения внутрен
него опорноrо источника. Это позволяет использовать вход IN для установки тре
буемого значения напряжения срабатывания. Входное напряжение с шины пита
ния 5 В или более высокое (обычно с конденсаторов входного фильтра источника
питания для сигнала раннего предупреждения) подается на вход IN через внешний
делитель напряжения. Так как пороговое значение напряжения для этого входа
равно 2,54 В (Vтр), то значения сопротивлений R1 и R2 могут быть определены
следующим образом.
Пример 1: напряжение питания равно 5 В, R2 = 10 кОм, напряжение срабаты-
вания (в точке контроля Uпит> Vsense = 4,80 В.
· 480-Rt+tOKх254
..
'
10К
'
R1=8,9 кОм.
Пример 2: напряжение питания равно 12 В, R2 = 10 кОм, напряжение срабаты
вания Vsense - 9,00 В.
R1+10К
:.9, 00 -=
lOK х2,54
R1 = 25,4 кОм.
900
Vмакс==
2
:
54
х 5, 00 = 17 ,7 В (чтобы не превысить напряжение 5 В на входе IN).
Чтобы проверить работоспособность канала раннего предупреждения схемы
контроля питания, уменьшите напряжение в точке контроля до необходимого
значения и убедитесь в появлении сигналов RST, RST и NMI. При этом контро
лируйте именно напряжение срабатывания, а не Vсе· Если указанные сигналы по
являются, но напряжение срабатывания не совпадает с заданным, проверьте зна
чения сопротивлений R1 и R2. При этом следует иметь в виду, что ИС должна
(О] СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
срабатывать при напряжении на входе IN, равном 2,54 В. Если этого не происхо
дит при любом напряжении на входе IN или в точке контроля, скорее всего, мик
росхема вышла из строя.
На рис. 1.14 показана схема DS1236, которая используется для управления
подключением резервного батарейного питания статического ОЗУ (SRAM).
В DS1236 имеется внутренний переключатель, подключающий к ОЗУ питание
от источника напряжения 5 В (Vсе> или от внешней батареи (VВАТ) в зависимо
сти от того, какое из них больше. Это резервируемое питание (Vссо) также может
быть использовано для КМОП процессора. Кроме того, при уменьшении напря
жения питания ниже 4,5 В (порог 10%) или ниже 4,75 В (5%) выдаются сигналы
RST и R SТ. Таким же образом обеспечивается поддержание уровня сигнала раз
решения работы ОЗУ (СЕО). При этом допускаются отклонения до 0,3 В (для
Vcc> или до 0,7 В (для Vвлт>· Этот механизм, предотвращающий запись в ОЗУ,
срабатывает при уменьшении напряжения питания ниже порогового значения,
равного 4,5 или 4,75 В.
+ЗУ
УIАТ
----+----t
Уссо
Усе
tl
АВТ}
t5
_
кмn
2
RST
3
t4
Усе
GND
4
113
-
з
1
8t2
СЕ
•
tt
7
tO
RC
•
g
Рис. 1.14 . Схема резервирования питания ОЗУ
Для проверки функции сброса уменьшите напряжение Vcc до 4,5 В (или до
4,75 В) и убедитесь в появлении сигналов RST и RST. Продолжайте снижать на
пряжения Vcc до значения менее 3 В и выясните, что сигналы RST и RST при
сутствуют, а напряжение сигнала СЕО упало до 3 В (в пределах отклонения до
0,7 В). И наконец, увеличьте напряжение Vcc до 5 В и убедитесь, что напряжения
сигнала СЕО также возросло до 5 В (в пределах отклонения до 0,3 В). Измене
ние уровня сигнала СЕО должно произойти при увеличении Vcc примерно до 4 В.
Сигналы RST и RST должны быть сняты, когда Vcc достигнет уровня 4,5 В (или
4,75 В). Если при снижении Vcc сигнал СЕО отсутствует или просто следует из
менениям Vсе' можно предположить, что неисправна батаре.Я. Если же она в ис
правном состоянии, то, скорее всего, отказала микросхема.
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ (О]
1.11. Описание схем контроля микропроцессоров
1.11.1. Схема контроля микропроцессора
На рис. 1.15 и 1.16 показаны структурная схема и расположение вывол.ов ИС
МАХ1232. Назначение выводов привел.ено в табл. 1.4. Эта микросхема аналогич
на ИС DS1232 (рис. 1.12 и 1.11), однако мощность потребления МАХ1232 в 10 раз
ниже. На рис. 1.17 и 1.18 приведены схема пол.ключения и временные диаграммы
при использовании указанной микросхемы с кнопкой сброса, а на рис. 1.19 и 1.20 -
со сторожевым таймером. Обратите внимание, что в программе МП необхол.имо
предусмотреть выдачу сигналов на вход ST, причем их период л.олжен быть меньше
времени ожидания сторожевого таймера. На рис. 1.21и1.22 изображены времен
ные диаграммы спада и нарастания Vcc при выключении и включении питания, а на
рис. 1.23 и 1.24 - задержки сигналов RST и RST при увеличении и снижении Vcc·
(См. -«Maxim New Releases Data Book~, 1992, р.р. 5-11 . 5 -14, 5-15, 5-16.)
Генератор
cиrnana
сброса
Sт
.._____..,.Сторожевой ____
'IЭЙмер
GNo ...
Корпус DIP/SO
Рис. 1.15 . Структурная схема ИС MAXl 232
Корпус WIDE/SO
Рис. 1.16. Расположение
выводов ИС МАХ1232,
вид сверху
Та611ица 1.4. Назначение выводов ИСМАХ1232
Обозначение
вывода
ТD
ТОL
Назначение
Вход кнопки сброса с активным низким уровнем сигнала и защитой от дребезга
(игнорирует импульсы длительностью менее 1 мс и гарантированно распознает
импульсы длительностью 20 мс и более}
Установка времени ожидания сторожевого таймера. ( 150 мс, если вывод ТО подключен
к О В; 600 мс, если вывод TD не подключен; 1,2 с, если вывод TD подключен к Vcc• -
см. табл. 1.5}
Установка порога срабатывания. Подключается к •земле" для установки порога 5% или
кVсс-для порога 10%
@О] СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Та6nица 1.4 . Назначение выводов ИС MAXl 232 (окончание!
Обозначение
вь1вода
GND
RST
1.
2.
з.
4.
Rm
vcc
N.C.
Назначание
•ЗеМЛR»
Выходной сигнал сброса (RESEТ) (активный высокий уровень). Выдается в следующих
случаях:
Vcc nонизилось ниже установленного nopora срабатывания.
На выводе~ установлен низкий уровень сигнала (нажата кноnка RESEТ).
На входе ~сигналы отсутствуют в течение установленного времени ожидания
сторожевого таймера.
При включении питания
Выходной сигнал сброса (~) (активный низкий уровень; выход - открытый сток
ключа КМОП). Остальное - см. назначение вывода RST
Вход контрольных сигналов для сторожевого таймера
Вход напряжения nитания +5 В
Не nодключен
то
Sт
11О
Al...M
мn
AW1232
RST
Reset
GNo TIX.
Рис. 1.17. Схема подключения
ИС М/:\Х 1232 при использовании кнопки
сброса
1Clt0
•f V Стабиnизатор ~
Vcc
m
напряжения
tмna7805
....м
AW1232
-=
Рис. 1.19. Схема nодключения ИС MAXl 232
nри использовании сторожевого таймера
мn
Рис. 1.18. Временные диаграммы для
ИС M/:\Xl 232 nри использовании кнопки
сброса
Рис. 1.20. Временные диаграммы для
ИС M/:\Xl 232 при исnользовании сторожевого
таймера
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ (ill
Та6пица 1.5 . Время ожидония сюрожевого таймера в зависимосrи от варианта подключения выводо TD
Вариант подключения Минимальное время
выводаТD
ожидания °tтD' мс
ов
62,5
Не подключен
250
Усе
500
Vcc
Рис. 1.21. Временная диаграмма спада
~ при отключении питания
Vcc
RSТ
+4 75V (5~ порог)
o45Vl10 ... порог)
Рис. 1.23. Задержка сигналов RST и RST
при увепичении V
Типовое время
Максимальное время
ожидания °tтD' мс ожидания trD' мс
150
250
600
1000
1200
2000
_vcc_~?
Рж. 1.22 . Временная диаграмма
нарасrания V при включении питания
+4.25Vl10... nopor)
RSf
Рис. 1.24 . Задержка сигнапов RST и RSТ
при снижен~~~с.~--------
1.11 .2 . Схема резервирования питания МП
На рис. 1.25 и 1.26 показаны структурная схема и расположение выводов ИС
МАХ1259. Эта микросхема аналогична изображенной на рис. 1.14 и подключает
резервную батарею при внезапном отключении основного источника питания. Раз
ность потенциалов на входе/выходе равна 200 мВ при потреблении тока 250 мА от
основного источника питания или 15 мА от резервной батареи. Сигнал неисправ
ности батареи (BF) появляется на выводе 3, если ее напряжение становится менее
+2 В. При снижении напряжения основного источника питания сигнал о его не
исправности (PF) поступает на вывод 11. (См. ~Maxim New Releases Data Book~,
1992, р. 5-17.)
00 СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
vcc1 _______________ vcco
VВАП
+
-!
GND
Логическая RST
~---1 схема
сброса
Рис. 1.25. Структурная схема ИС МАХ 1259
Vмт
Корпус DIP/SO
Рис. 1.26. Расположение
выводов ИС МАХ1259,
вид сверху
1.11 .3. Схема контроля и резервирования питания МП
На рис. 1.27 и 1.28 показаны типовая схема применения и расположение выводов
семейства ИС МАХ690-695. Они аналогичны микросхеме, показанной на рис. 1.13,
но дополнены сторожевым таймером и цепями резервирования питания. Кроме
того, порог срабатывания схемы контроля питания равен 1,3 В (см. табл. 1.6). Для
опреде.11ения ве.,т1ичин реэисторов на входе PFI можно использовать соотношения,
приведенные для рис. 1.13, учитывая, что пороговый уровень равен 1,3 В, а не 2,54 В.
(См. ~мaxim New Releases Data Book~. 1992, р.р. 5-19, 5-22 .)
+sv---и Vc:c:
Vouт
V1Атт
.NtAIXl..Nt
МАХ690
Питание Питание
кмоп
мп
ОЗУ
мп
система
/1 llESET
/1 'IMI
__
VD
UllE
Рис. 1.27 . Типовая схема применения ИС МАХ690
Vurт
• SET
Ytuт 2
•sн
Vcc
WDO
ёi 111
ШТ 011
ёiаuт
LDW LINE '
DSC IN
1 rFa
DSC SEL
Рис. 1.28. Распопожение
выводов ИСМАХ690/69l/
692/693_/j_?__~/695, вид сверху
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ 00
Табпица 1.6. Назначение выводов ИСМАJ..690/691/692/693/694/695
Обозначение
Номер вывода
вывода МАХ690/692/694 МАХ691/693/695 Назначение
Vcc
VВАП
GND
~
WDI
PFI
~IN
~оuт
ВАТТОN
2
8
3
7
6
4
5
з
2
4
15
11
9
10
13
12
5
Вход напряжения питания +5 В
Вход резервной батареи. Соединить с «Землей",
если батарея не используется
Выход резервированного напряжения питания.
К выводу Vоuт с помощью внутреннего коммутатора
подключается наибольшее напряжение из Vсе или
VВАп· Соединить V0uт cVcc• если Vouт и Vвдп не
используются
О В, •Земля•. Общий вывод для всех сигналов
Выход сигнала ~- Пераходит в активное состоя
ние (низкий уровень), если Vcc падает ниже порога
срабатывания или напряжения батареи (Vвдп>· Типо
вые значения порога для сигнала ~ - 4,65 В
(МАХ690/691/694/695) и 4,4 В (МАХ692 и МАХ693).
Сигнал остается активным в течение 50 мс после
возвращения Vсе на уровень 5 В (для МАХ694/695 -
200 мс). Кроме того, сигнал~ переходит вак
тивное состояние на 50 мс, если в течение времени
ожидания сторожевого таймера на вход WDI не по
ступают контрольные сигналы (если сторожевой тай
мер включен). Длительность импульса~ может
быть изменена
Вход (трехуровневый) сигналов сторожевого тайме
ра. Если WDI остается в состоянии высокого или низ
кого уровня на протяжении периода, превышающего
время ожидания сторожевого таймера, сигналы~
и ~ пераходят в активное состояние (низкий уро
вень). сторожевой таймер выключается, если вход WDI
не подключен или на него подано напряжение, равное
половине напряжения питания. Таймер срабатывает
при каждом изменении состояния входа WDI
Вход (неинвертированный) компаратора схемы пре
дупреждения об отключении напряжения питания.
Если значение PFI становится менее 1,3 В, сигнал
~ пераходит в активное состояние (низкий уро
вень). Если вход PFI не используется, замкните его
на •Землю• или на V0uт
Выход компаратора схемы предупреждения об от
ключении напряжения питания. Если значение PR
становится менее 1,3 В или Vcc становится ниже
Vвдп• сигнал~ переходит в активное состояние
(низкий уровень)
Вход логической схемы блокирования сигнала ~ .
Если вход~ IN не используется, замкните его на
•землю- или на V0uт
Выход логической схемы блокирования сигнала r:E.
Переходит в активное состояние (низкий уровень),
только если~ IN в состоянии низкого уровня, а Vcc
выше порога срабатывания для сигнала~ (4,65
В для МАХ691/695 и 4,4 В для МАХ693)
Сигнал подключения резервной батареи. Пераходит
в состояние высокого уровня при подключении выхо
да V0uт (с помощью внутреннего переключателя)
к входу Vвдп· Переходит в состояние низкого уровня
при подключении выхода V0uт (с помощью внутрен
него переключателя) к входу Vсе· Типичное значение
выходного тока составляет 25 мА, что позволяет не
посредственно управлять базой внешнего p-n -p
транзистора, чтобы увеличить выходной ток не ме
нее чем на 50 мА по сравнению с V0uт
~ СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Та6nица 1.6. Назначение выводов ИС МАХ690/691/692/693/694/695 (окончание)
Обозначение
Номер вывода
вывода МАХ690/692/694 МАХ691/693/695 Назначение
loW LINE
6
RESEТ (не инверт.)
OSCSEL
8
OSCIN
7
14
Выход сигнала о снижении напряжения питания.
nереходит в состояние низкого уровня при падении
Vcc ниже порога срабатывания для сигнала~
Возвращается в состояние высокого уровня при воз
растании Vсе выше этого порога
16 Выход сигнала RESEТ с активным высоким уров
нем. Инверсия сигнала R'E"S'EТ
Если вывод OSC SEL не подключен или на него подан
высокий уровень, то длительность сигнала~
и время ожидания сторожевого таймера определя
ются внутренним тактовым генератором. Если на вы
вод OSC SEL подан низкий уровень, то активизиру
ется вход OSC IN для подключения внешнего
тактового генератора. Входной ток для вывода OSC
SEL равен З мкА
Если на вывод OSC SEL подан низкий уровень, то
к входу OSC IN может быть подключен внешний так
товый генератор для установки длительности сигна
ла R'E"S'EТ и времени ожидания сторожевого тайме
ра. Эти параметры также могут быrь изменены
подключением к этому выводу внешнего конденсато
ра. Если вывод OSC SEL не подключен или на него
подан высокий уровень, то с помощью OSC IN можно
выбрать короткое или длительное время ожидания
сторожевого таймера
Выход сторожевого таймера. Первходит в состояние
низкого уровня, если вход WDI остается в состоянии
высокого или низкого уровня на протяжении периода,
nревышающаго время ожидания сторожевого тайме
ра. wm:5 устанааливается в состояние высокого уров
ня при очередном изменении состояния входа WDI.
Если вывод WDI не подключен иfiи на него подано
напряжение, равное половине напряжения питания,
wm:5 нвходится в состоянии высокого уровня.~
также переходит в это состояние, если на выходе
loW LIN Е устанааливается низкий уровень
1.11 .4. Схема контроля МП с дополнительными возможностями
На рис. 1.29 и в табл. 1.7 показаны типовая схема подключения ИС МАХ696 и на
значение ее выводов. Эта микросхема аналогична изображенным на рис. 1.10-1 .14t
но с совмещением (или комбинированием) функций. Для расчета значений сопро
тивлений резисторов, подключаемых к входам PFI и LL1No можно использовать
соотношения, приведенные для рис. 1.13 (учитывая, что пороговый уровень сра
батывания равен 1t3 В вместо 2,54 В). На рис. 1.30-1.33 представлены времен
ные диаграммы ИС МАХ696, а также схема с дополнительным гистерезисом сра
батывания компаратора контроля питания, схема с программным отключением
сторожевого таймера и схема для выбора времени ожидания сторожевого тайме
ра. В табл. 1.8 приведены данные для выбора времени задержки сигнала RESET
и времени ожидания сторожевого таймера. (См. ~мaxim New Releases Data Book)>t
1992, р.р. 5-36, 5-37t 5-41, 5-43.)
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ ЕЮ
."
~:---0.-,,.f----·----v: ------------
*
0.1,..f
:s
f"'-11- ·---- 1' .","''
1АТТ 111
~"
-
Батарея
t"'
-=
....---·~-
J••
Нет соед14ненмя • 118С llL
hlA)(l ......I
МАК8"8
"
...
' ....
' - --- --tl/D No-А1'
"°..,"_____. ,. ..
111111
мп
mп"
m
lll(T 11
~--~-----··~L"8 "Wtml
...........,,______,.....____.......
Рис.1.29
Иflдиlсаrоры состояния смсrеuы
Друrие исrочникм
сброса сисrемы
Типовая схема подключения
ИСМАХ696
Табnица 1.7. Назначение выводов ИС МАХ696/697
Обозначение Номер вывода
вывода
МАХ696 МАХ697
Vcc
Vвдтт
VO\.JТ
GND
~
WDI
PFI
3
2
4
15
11
9
10
3
5
15
11
9
10
Назначение
Вход напряжения питания +5 В
Вход резервной батареи. Соединить с •землей•, если бата
рея не используется
Выход резервированного напряжения питания. К выводуV0uт
с помощью внутреннего коммутатора подключается наиболь
шее напряжение из Vcc или Vвдтт· Соединить Vouт с Vcc• если
Vouт и Vедтт не используются
О В, •земля". Общий вывод для всех сигналов
Выход сигнала ~. Переходиr в активное состояние {низ
кий уровень), если уровень сигнала Llin падает ниже 1,3 В
или Vcc падает ниже напряжения батареи {Vедтт>· Сигнал ос
тается активным в течение 50 мс после превышения сигна
лом Llin уровня 1,З В. Кроме того, сигнал ~переходит
в активное состояние на 50 мс, если в течение времени ожи
дания сторожевого таймера на вход WDI не поступают конт
рольные сигналы {если сторожевой таймер включен)
Бход (трехуровневый) сигналов сторожевого таймера. Если
WDI остается в состоянии высокого или низкого уровня на
протяжении периода, превышающего время ожидания сто
рожевого таймера, сигналы ~и wr5l> переходят в актив
ное состояние (низкий уровень). Сторожевой таймер выклю
чается, если вход WDI не подключен или на него подано
напряжение, равное половине напряжения питания. Таймер
срабатывает при каждом изменении состояния входа WDI
Бход (неинвертированный) компаратора схемы предупреж
дения об отключении напряжения питания. Если значение PFI
становится менее 1,3 В, сигнал ~ переходит в активное
состояние (низкий уровень). Если вход PFI не используется,
замкните его на осземлю• или на V0uт
Выход компаратора схемы предупреждения об отключении
напряжения питания. Если значение PFI становится менее
1,3 В или Vcc становится ниже Vвдтт• сигнал т переходит
в активное состояние (низкий уровень)
[Ej СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Таблица 1.7 . Назначение выводов ИС МАХ696/697 (окончание)
Обозначение Номер выводв
вывода
МАХ.696 МАХ.697
С"Е IN
13
С"Еоuт
12
ВАТТОN
5
LOW LINE
RESEТ
(не инверт.)
oscsa
OSCIN
NC
lliп
TEST
6
16
8
7
14
12
13
6
16
8
7
14
2
4
Назначение
Вход логической схемы блокирования сигнала С"Е. Если вход
С"Е IN не используется, замкните его на «землю" или на Vouт
Выход логической схемы блокирования сигнала С"Е. nерехо
дит в активное состояние (низкий уровень), только если С"Е
IN в состоянии низкого уровня, а сигнал LLin превышает 1,3 В
Сигнал подключения резервной батареи. Переходит в состо
яние высокого уровня при подключении выхода Vouт (с помо
щью внутреннего переключателя) к входу Vвдтт· Переходит
в состояние низкого уровня при подключении выхода V0uт
(с помощью внутреннего переключателя) к входуVсс· Типич
ное значение выходного тока 7 мА, что позволяет непосред
ственно управлять базой внешнего р-п-р транзистора,
чтобы увеличить выходной ток не менее чем на 50 мА по
сравнению с Vouт
Выход сигнала о снижении напряжения питания. Переходит
в состояние низкого уровня при падении LUn ниже 1,3 В.
Возвращается в состояние высокого уровня при возрастании
LUn выше этого порога
Выход сигнала RESEТ с активным высоким уровнем. Инверсия
сигнала R"E"Sn
Если вывод OSC SEL не подключен или на него подан высокий
уровень, то длительность сигнала~ и время ожидания сто
рожевого таймера определяются внутренним тактовым генера
тором. Если на вывод OSC SEL подан низкий уровень, то активи
зируется вход OSC IN для подключения внешнего тактового
генератора. Входной ток для вывода OSC SEL равен 3 мкА
Если на вывод OSC SEL подан низкий уровень, то к входу
OSC IN может быть подключен внешний тактовый генератор
для установки длительности сигнала ~ и времени ожи
дания сторожевого таймера. Эти параметры также могут
быть изменены подключением к выводу внешнего конденса
тора. Если вывод OSC SEL не подключен или на него подан
высокий уровень, то с помощью OSC IN можно выбрать ко
роткое или длительное время ожидания сторожевого тай
мера
Выход сторожевого таймера. Переходит в состояние низкого
уровня, если вход WDI остается в состоянии высокого или
низкого уровня на протяжении периода, превышающего вре
мя ожидания сторожевого таймера. ~устанавливается
в состояние высокого уровня при очередном изменении со
стояния входа WDI. Если вывод WDI не подключен или на него
подано напряжение, равное половине напряжения питания,
~ находится в состоянии высокого уровня. ~также пе
реходит в это состояние, если на выходе LOW LINЕустанав
ливается низкий уровень
Не подключен. Оставьте этот вывод неподсоединенным
Вход КМОП компаратора с высокоточным опорным напряже
нием 1,3 В. Выход компаратора связан с выводом LOW LINE,
а также подключен к формирователю импульсов сброса
Используется только при производстве. Всегда замыкайте на
ссземлю"
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ ~
1
'
~ /:,..1-ЗV-----~ 1~12V 1',-з-v---~,,"
1
1
1
1
1
Resetout
r:=i 1 ~~·-------
•
1
1
1
1
1
1
'
1
1
L..owUneout
J.,....__1~·_r 1
1,
~-------
CEin
(МАХ697)
CEout
(МАХ697)
:
1
1
1
1
1
Рис.1.30
Временные диаграммы ИС
ММ.696/697
Таблица 1.8. Выбор времени задержки сиrнаnа RESET и времени ожидания сторожевого таймера
Время ожидания
Состояние
Состояние
сторожевого таймера
Длительность
вывода OSC SEL вывода OSC IN
сразу после сигнала RESET
норма
сигнала RESEТ
Подключен к выходу 1024 такта
4096 тактов
512 тактов
Низкий уровень
внешнего
внешнего
внешнего
внешнего
генератора
генератора
генератора
генератора
Низкий уравень
Подключенвнешний 400мс/47пФхе 1,6с/ 47пФхС 200МС/ 47пфХС
конденсатор
Высокий уровень ·Низкий уровень
или не подключен
100 МС
1,6 с
50 МС
Высокий уровень ·Не подключен
1,6 с
1,6 с
50 мс
или не подключен
Примечания к табл.:
1. Если на вывод OSC SВ... миКросхемы МАХ696/697 подан сигнал низкого уровня, то вход OSC IN может
управляться внешним тактовым сигналом или между входом OSC IN и «землей" можно nодключить
внешний конденсатор. Номинальная частота внутреннего тактового генератора равна 10,24 кГц. Номи·
нальная частота генератора при подключении внешнего конденсатора определяется так:
Fген (Гц)= 184000 / Сrен (пФ).
2. При подаче сигнала высокого уровня вход OSC SEL должен подключаться к Vouт- а не к Vcc (для
МАХ696).
(Ю СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
C1J)06
сторожевоrо
таймера
Отключение
стор ожев оrо ____,
таймера
•5V
Vct
NIAXIAfl
МАХ69б
МАХб97
SND
Рис. 1.31. Схемо с программным отключением
сторожевого таймера
НМЗIСИй уровень - внутреннRЯ установка
Vi:c
--....--с>с>-.....---1 OSC SIL
ВыCOICt1Si уровень - 1
внеUJН11Я \'СТ8НО8КЗ 1
-л-L.~
,...")(.,...
МАХб9б
МАХб97
CtlO
/\
Дnя периода _____.....
osc ."
ожидания 100 мс
(внутреннllЯ установ~<а)
I Дnя периода
ожидания 1.6 с
- = - (внутреннllЯ vстаноека)
-=-
Рис. 1.33 . Схема для выбора времени ожидания
сторожевого таймера
+5V
Питание Питание
Vcc
vouт
кмоп
мп
VВАТТ
ОЗУ
i .МAXIAll
мп
МАХ190
Q1cтet.ta
Uт
μPRESEТ
PFJ
PFO
μPNMI
WDI
1/О
LINE
GND
Рис. 1.34. Типовая схема подключения ИС МАХ790
7V-15V
+5V
7805
Vcc NIAXINI
114
МАХб96
Кlkn
МАХб97
11
75kn
":'
,FD
. .... . --...-----1~--t l'fl
SND
. ...._ ______ к мп
Рис. 1.32. Схема с гистерезисом срабатывания
компаратора контроля питания
Примечание к рис. ИвЕРХ = 9, 125 В; Uнижн " 7,9 В;
zистерезис " 1,23 В.
_
( Rt Rt)·
UBEPX - 1,З1+R2+Rз '
[
R1 (5-1З)R1]
Uнижн = 1,З 1 + R2 -1,З(Rз +R4);
R1
zистерезис=5хR приR4<<Ю.
1
Корпус DIP/SO
Рис. 1.35. Расположение выводов
ИС MN.790/791, вид сверху
1.11 .5. Схемы контроля МП с улучшенными характеристиками
На рис. 1.34 и 1.35 показаны типовая схема подключения и расположение выводов
ИС МАХ790/791. Эти микросхемы аналогичны серии МАХ 690, представленной
на рис. 1.27 и 1.28, но имеют следующие преимущества: потребляемый ток - 70 мкА,
задержку сиrнала СЕ- 10 нс, выходной ток - 250 мА (в режиме Vcc) и 25 мА
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ (К]
(в режиме VЪаt>· По расположению выводов ИС МАХ790 совместима с ИС МАХ690.
Гарантируется поддержание рабочего состояния выхода сброса при понижении на
пряжения питания (Vcc> до 1 В. (См. ~Maxim New Releases Data Вооk~, 1992, р. 5-53.)
1.11.б. Схемы контроля МП повышенной надежности
На рис. 1.36 и 1.37 показаны типовая схема подключения и расположение выводов
ИС MAX690A/802L Эти микросхемы аналогичны изображенным на рис. 1.10-1 .14,
но отличаются повышенной надежностью и иными пороговыми значениями.
MAX690A/802L выдает импульс сброса при падении напряжения питания ниже
уровня 4,65 В, а МАХ692А/802М - ниже уровня 4,40 В. Для сигналов об отказе
питания и разряде батареи установлен пороговый уровень 1,25 В. Задержка сбро
са равна 200 мс, а время ожидания сторожевого таймера - 1,6 с. Ток покоя не пре
вышает 200 мкА при нормальном питании и 50 нА при питании от резервной бата
реи. Точность отслеживания напряжения при отказах питания для MAX802L/M
составляет ±2%. (См. ~Maxim High-Reliabllity Data Book~, 1993, р. 5-17.)
Нестабилиэированное
nитание Сr.збилизированное
nитание+5V
Рис. 1.36 . Типовая схема подключения
ИС MAX690A/802L
мп
кмоnозу
GND
•
A4AXL44
МАХ6!К.И
МАХ692А
МАХ802L
МАХ802М
Корпус DIP/SO
Рис. 1.37. Роспопожение
выводов ИС МАХ690А/
692A/802L/802M, вид
сверху_______
1.11 .7. Схемы контроля МП повышенной надежности
с дополнительными возможноаями
На рис. 1.38 и 1.39 показаны типовая схема подключения и расположение выво
дов ИС MAX691A/MAX693A/800L/800M. Эти микросхемы аналогичны приве
денным на рис. 1.10-1.13, но отличаются повышенной надежностью и некоторы
ми дополнительными возможностями. Они обеспечивают защиту КМОП ОЗУ
или РПЗУ с электрическим стиранием (EEPROM) от случайной записи, отдель
ный выход сторожевого таймера, схему переключения питания на резервную ба
тарею и поддержание рабочего состояния выхода сброса при понижении напря
жения питания Vсе до 1 В. Кроме того7 в них улучшен ряд характеристик: ток
потребления не превышает 35 мкА, типовая задержка сигнала сброса при вклю
чении питания составляет 200 мс, а задержка сигнала СЕ - 6 нс. Для микросхем
MAX691A/MAX800L уровень порога срабатывания равен 4,65 В, для МАХ693А/
(]О] СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
---~-----------
3
s:
1 vJi~ ВАТТ ON
2
0.47F"
Voo1
!
ёЕоuт 12
...____
9-tPFI
614
Индикаторы состояния системы
Уuп
Vм2
Vcc
SNO •
1АТТ 01
IESП
IESET
fi 11
ё1 DUT
Рис.1.39
Рис.1.38
Типовая схема подключения ИС MAX69 l А/
693A/800L/800M
LOW LllE
DSC 11
DSC SEL
Расположение выводов ИС МАХ691 A/693A/800L/800M, вид сверху
МАХ800М - 4,4 В. ИС МАХ800L/МАХ800М гарантируют точность отслеживания
напряжения при отказах питания не менее ±2%. (См. ~мaxim High-Reliability Data
Book~, 1993, р. 5-19.)
1.11.8 . Недорогие схемы контроля МП с батарейным резервированием
На рис. 1.40 и 1.41 показаны типовая схема подключения и расположение выводов
ИС МАХ703/704. Эти микросхемы аналогичны представленным на рис. 1.10-1 .13,
но отличаются меньшей стоимостью. Основные параметры ИС МАХ703/704: дли
тельность импульса сброса - 200 мс. ток покоя - 200 мкА при нормальном пита
нии и 50 нА при питании от резервной батареи. Сигналы предупреждения об от
казе питания, разряде батареи и об отличии напряжения питания от нормального
уровня +5 В вырабатываются детектором с порогом срабатывания 1,25 В. (См. ~мa
xim High-Reliabllity Data Book~, 1993, р. 5-29.)
1.11.9. Недорогие схемы контроля МП повышенной надежности
с ручным сбросом
На рис. 1.42 и 1.43 показаны типовая схема подключения ИС МАХ705/706 и рас
положение выводов ИС МАХ705/708. Эти микросхемы аналогичны изображенным
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ ~
Нестабилизированное Стабилизированное
mrание
питание +5 V
R1
...----~---~Усе
IO.lμf
36V
ЛИП1евая
батарея
R2
Vcc RESEТ
PFI
PFO
А1АХ1А1
МАХ703
МАХ704
VВАТТ
RESET
NMI
мп
GND
КМОПОЗУ
.
r Кноnка сброса
-li
Рис. 1.40 . Типовая схема подключения
ИС МАХ703/704
GNO
.МАХl.М
МАХlОЗ
МАХ704
Корпус DIP/SO
Рис. 1.41. Распопожение
выводов ИС МАХ703/704,
вид сверху
-------
на рис. 1.10-1 .13, но значительно дешевле. Основные параметры ИС МАХ705/
708: длительность импульса сброса - 200 мс, ток покоя - 200 мкА при нормаль
ном питании. Сигналы предупреждения об отказе питания, разряде батареи и об
отличии напряжения питания от нормального уровня +5 В вырабатываются де
тектором с порогом срабатывания 1,25 В. Микросхемы MAX705f707 генериру
ют сигнал сброса при понижении напряжения питания до 4,65 В, а MAX706f708 -
до 4,4 В. В ИС МАХ705/706 выход сторожевого таймера переходит в активное
состояние, если на вход WDI сигналы не поступают в течение 1,6 с. ИС МАХ707/
708 аналогичны MAX705f706, за исключением того, что вместо выхода сторо
жевого таймера в них имеется выход сигнала сброса с активным высоким уров
нем. (См. Maxim ~High-Reliabllity Data Book~, 1993, р. 5-31.)
Нестабилиэированное питание
~
МАХ661
Линейный
стабилизатор
напряжения
+5V
Vcc
Vcc
.А11АХ1А1RESEТ t--- RESEТ
---- PFI МАХlО5 WDI
1/0llNE МП
18 кноnка
.ф сброса
МАХ706 WDO t--- NMI
PFO
INTERRUPT
Рис. 1.42. Типовая схема подключения ИС МАХ705/706
•
" ""4A XIAl ll
МАХ705
МАХ706
Рис. 1.43. Расположение
выводов ИС МАХ705/708
!корпус DIP /SO), вид сверху
(ill СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
1.11.10. Недорогие схемы контроля МП для напряжения питания +3 В
На рис. 1.44 и 1.45 показаны типовая схема подключения ИС MAX706R/S/T
и расположение выводов ИС МАХ706Р/R/S/Т, а на рис. 1.46 и 1.47 - типовая схе
ма подключения и расположение выводов ИС MAX708/R/S/T. Эти микросхемы
аналогичны изображенным на рис. 1.10-1 .13, но обладают возможностью контро
ля напряжения питания +3 В. Основные параметры ИС MAX706P/R/S/T: дли
тельность импульса сброса- 200 мс, ток покоя - 100 мкА {при нормальном пи
тании), период ожидания - 1,6 с. Сигналы предупреждения об отказе питания,
разряде батареи или о выходе напряжения питания из диапазона+3-5 В вырабаты
ваются детектором с порогом срабатывания 1,25 В. Разница между микросхема
ми MAX706R, S и Т в том, что пороги инициирования сигнала сброса для них
установлены соответственно 2,63; 2,93 и 3,08 В. Для перечисленных И С сигнал
сброса имеет активный низкий уровень. Микросхема МАХ706Р вырабатывает
сигнал сброса с активным высоким уровнем при пороговом значении 2,63 В. Мик
росхемы MAX708R/S/T аналогичны соответствующим ИС серии МАХ706, но
Преобразователь
налJ)llжения
+ЗV/+3,ЗV
AILIDCIAll
MAX106R/SIТ
GND
Усе
RESEJ
l/OLINE мn
NМ1
INТERRUP1
Рис. 1.44 . Типовая схема подключения ИС
MAX706R/S/Т
Vcc
Vtc
RESEТ
АЕSЕТ
PFI
АЕSЕТ
мn
t.4R
PFO
INПRRUPT
GND
1<нопtса
.А11АМ1А11
!сброса ... МАХ108Я/S/Т
Рис. 1.46. Типовоя схемо подключения ИС
MAX708R/S_/Т___~·
Корпус DIP/SO
Корпус DIPJSO
Рис.1.45. Расположение
выводов ИС МАХ706Р/R/
S/Т, вид сверху
Корпус DIPJSO
Рис. 1.47. Расположение
выводов ИС MAX708R/S/Т,
видсверху _____
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ ~
вместо сторожевого таймера у них есть прямой и инвертированный выходы RE-
SET. Эти ИС выполняют ручной сброс сигналом с активным низким уровнем.
(См. «Maxim High-Reliability Data Book~. 1993, р.р. 5-33, 5-34.)
1.11 .11 . Схема контроля МП, формирующая сигнал разрешения
записи в ОЗУ
На рис. 1.48и1.49 показаны типовая схема подключения и расположение выво
дов ИС МАХ791. Эта микросхема аналогична показанным на рис. 1.10-1 .13, но
обладает внутренним формирователем сиn~ала разрешения записи в ОЗУ (СЕ
OUT). Основные параметры ИС; длительность импульса сброса - 200 мс, ток по
требления в режиме резервирования - 1 мкА, выходной ток - 250 мА при нор
мальном питании и 25 мА при питании от резервной батареи. Сигналы предупреж
дения об отказе питания, разряде батареи или об отличии напряжения питания от
нормального уровня +5 В вырабатываются детектором с порогом срабатывания
1,25 В. Кроме того, микросхема оснащена отдельным компаратором с выходным
сигналом LOW LINE. порог срабатывания которого на 150 мВ выше порогово
го уровня формирования сигнала сброса. Наличие импульсного выхода сторо
жевого таймера позволяет предупредить о возможной выдаче сигнала W DO по
истечении времени ожидания таймера. (См. «Maxim High-Reliability Data Book~,
1993, р. 5-35.)
·~
Оnаэ
источника
питания
+12V
CEIN
Pfl~
АО·А15
m МАХ791 woi----tl/O
мп
GND
LOWUNE t----.... NM I
RESEТ
RESП
WDO WDPO
С11гналтревоrм
На оn:mоченме D!СiеМЫ
Рис. 1.48. Типовая схема подключения ИС МАХ791
WАП1•
Vouт а
1 RESП
Vcc" ~ •• woo
GND • UAX19f 11 СЕ IN
ВАТТ он •
1 СЕоuт
11 WDI
о LOWUNE
'MR
__ __,
Корпус DIP/SO
Рис. 1.49. Расположение
выводов ИС МАХ791,
вид сверху
1.11 .12. Недорогие схемы контроля МП с батарейным резервированием
для напряжения питания 3,0 /3,3 В
На рис. 1.50 и 1.51 показаны типовая схема подключения и расположение выво
дов ИС МАХ704Т/S/R. Микросхема аналогична изображенным на рис. 1.10-1.13,
но значительно дешевле и предназначена для использования в системах с напря
жением питания 3,0 или 3,3 В. Основные параметры ИС: длительность задержки
импульса сброса - 200 мс, ток покоя - 50 мкА при питании от основного источника
~ СХЕМЫ КОНТРО.ПЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Нестабилизированное
напряжение
R1
Io.1pF
Стабилизированное
напряжение
+3,3 v или +3,0 v
Vcc RESET
------1PFJ
PFO
R2
З.&V
Литиевая
батарея
.МАХl.М
W.XlfИТ/SIR
VВАП
i_t=
-
-
-
-
-
-
мп
GND
КМОПОЗУ
GND
Рис. 1.50. Типовая схема подкл~чения ИС МАХ704Т/S/R
Vouт
Усе
GND
Рис. 1.51. Расположение
выводов ИС МАХ704Т/S/R
(корпус DI~/SO), вид сверху
и 50 нА при питании от резервной батареи. Сиrnалы предупреждения об отказе
питания, разряде батареи или об отличии напряжения питания от 3,0 или 3,3 В
вырабатываются детектором с порогом срабатывания 1,25 В. Варианты Т, S и R
имеют разные пороговые уровни, как показано в табл. 1.9. (См. ~мaxim New Re-
leases Data Book~. 1994, р. 5-43.)
Таблица 1.9 . Пороговые напряжения ИС MAX704T/S/R
Вариант исполнения
т
s
R
Типоаое значение порога для сигнала сброса (RESEТ), В
3,06
2,91
2,61
1.11.13. Схема контроля напряжения питания с формированием
сигнала сброса
На рис. 1.52 и 1.53 и в табл. 1.10 представлены типовая схема подключения, рас
положение и назначение выводов ИС МАХ709. Эта микросхема обеспечивает
системный сброс при включении и выключении питания, а также при снижении
напряжении питания. В случае, если напряжение Vсе падает ниже порогового
уровня, на выходе RE SET устанавливается сигнал низкого уровня, который
удерживает микропроuессор в состоянии сброса не менее 140 мс после падения
напряжения питания ниже порога. Соответствие порогового напряжения вари
анту исполнения ИС приведено в табл. 1.11 . Выход RESET гарантированно оста
ется в правильном состоянии, даже если напряжение питания понизится до 1 В.
Как показано на рис. 1.54, микросхема достаточно устойчива к кратковременным
понижениям (~провалам~) уровня напряжения Vcc· На рис. 1.55 показано под
ключение к микросхеме дополнительного сопротивления R1, если необходимо, что
бы активный уровень сигнала RESE Т на выходе микросхемы был равен О В. Величи
на этого сопротивления должна составлять около 100 кОм, но это не критично.
На рис. 1.56 показан один из вариантов организации связи с микропроцессорами,
ОПИСАНИЕ СХЕМ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ 00
Усе
Усе
МАХ1М
мп
МАХ109
~
mЕТ
GND
GND
-
-
Рис. 1.52. Типовая схема
подключения ИС МАХ709
•
N.C .
N.C.
Vce
.МAXIAll
RESET
МАХ7О9
GND
N.C .
N.C .
N.C .
Рис. 1.53. Расположение
выводов ИС МАХ709 (корпус
DIP/SO), вид сверху
-' --- --
Табnица 1.10. Нозначение выводов ИСМАХ709
Вывод
Обозначение Назначение
1,4,5,6,В N.C.
Не подключены. С этими выводами нет внутренних соединений
Вход напряжения питания +5 В, +3,3 В или 3 В
2
Vcc
3
GND
•Земля•
7
~
Выход находится в активном (низком) состоянии, пока значение напряжение
питания ниже порога для сигнала сброса и продолжает оставаться таким
еще в течение 280 мс после превышения им порога
Табnица 1.11. Соответствие значения порогового напряжения варианту исполнения ИС МАХ709
З Зак. 733
Значение порога для сигнала сброса (RESET)
вариант исполнения
напряжение, В
L
м
т
s
R
ТА• ·с
100
1k
1€*
Амплитуда •провадое• на входе
компаратора сброса, V'IН - Vcc, rrtJ
Рис. 1.54. Зависимость максимально
допустимой длительности «Провалов»
в напряжении питания микросхемы
МАХ709 от их абсолютной величины
4,65
4,4
3,08
2,93
2,63
Усе
.JИAXl.JИ
МАХ7О9
RESEt -----
R1
GND
Рис. 1.55. Подключение
к микросхеме МАХ709
дополнительного
сопротивления
(Е] СХЕМЫ КОНТРОЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Усе
.iИАХl.М
W.Xl09
4.71с
iПТ
GND
-
Усе
мn
АШТ
GND
-
Усилежый сигнал
ReSei для друrих
комrюнентов системы
Рис.1.56
Подключение к МП с двуноправленным
сигналом сброса
имеющими двунаправленные сигналы сброса (такими, как микропроцессоры се
рии 68НС11 компании Motoгola). (См. ~мaxim New Releases Data Book~, 1994,
р.р. 5-67, 5-70, 5-71.)
1.11.14 . Схемы контроля МП с внутренней резервной батареей
На рис. 1.57 и 1.58 показаны типовая схема подключения и расположение выво
дов ИС МАХ1691. Для обеспечения защиты памяти от случайной записи и рабо
ты сторожевого таймера в ИС имеется внутренняя резервная батарея питания. Ли
тиевая батарея (3 В, 125 мА·ч) подключается к схеме внешней перемычкой, что
позволяет избежать разрядки батареи при отгрузке и доставке. Микросхемы до
ставляются в специальной упаковке, выполненной из изоляционного материала.
Хранение микросхемы в мягкой токопроводящей упаковке может привести к раз
ряду внутренней батареи. Задержка включения/выключения питания составляет
200 мс, ток потребления в режиме резервирования - 1 мкА, номинальный рабо
чий ток- 35 мкА. Задержка вьщачи сигнала разрешения (СЕ) - максимум 10 нс.
(См. ~мaxim New Releases Data Book~, 1995, р. 5-7 .)
Стабилизатор
+5V
-=
Усе ВАТТ он
16 ВАПОUТ
1 ВАТТ IN ёЕ0UТ
12
А1АХиМ
е-----'""'418 РА МАХ1691 fEIN
6 OSCIN
Нет соединения 7 OSC SEL
10
Индикатор состояния
системы
WOI .,._. ...__- -- tl
PF0 .....9
-.._.,.
RESET ...,.14.;._---t~
GND
мn
Рис. 1.57 . Типовая схема подключения ИСМАХ1691
•
.МАХl.М
МАХ1691
Рис. 1.58. Расположение выводов
ИС МАХ1691 (корпус 0,6" WIDE
DIP MODULE), вид сверху .
2. АНАЛОГОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
В начале этой главы рассмотрены некоторые особенности применения интеграль
ных схем аналоговых коммутаторов (мультиплексоров) и ключей. Как правило,
И С этого типа выбирают исходя из нужного числа коммутируемых каналов, одна
ко следует иметь в виду еще ряд проблем, без решения которых выбранная схема
может оказаться неработоспособной.
2.1 . Экстремальные уровни напряжения
Предположим, что авиалайнер оборудован несколькими тензодатчиками мостово
го типа, подсоединенными, с одной стороны, к многоканальной системе тревож
ной сигнализации, а с другой - к мультиплексированному входу бортовой ЭВМ.
Типовой тензодатчик в виде резистивного моста с напряжением питания 10 В
вырабатывает разностный сигнал 0-50 мВ, который находится под потенциалом
около 5 В относительно земли. Устройство тревожной сигнализации, подключенное
к коммутатору, который циклически опрашивает несколько тензодатчиков, выдает
сигнал тревоги, если разностный сигнал в любом из каналов превысит уста
новленный порог.
Одновременно те же разностные напряжения тензодатчиков поступают на вто
рой, независимый от первого, коммутатор бортовой ЭВМ, которая управляет дис
плеем в кабине пилота. Каждый коммутатор должен функционировать независи
мо от состояния (рабочего или аварийного) другого. Более того, в схемах обоих
коммутаторов должна быть предусмотрена защита от повреждения при неисправ
ности любого тензодатчика из числа подключенных к аналоговым входам комму
таторов (в худшем случае от неисправного датчика может поступать полное на
пряжение бортового аккумулятора, равное 28 В). Коммутаторы и тензодатчики
через многоконтактные разъемы соединяются в общую сеть с помощью многомет
ровых кабелей, образованных жгутами неэкранированных проводов.
При таком построении системы пилот может осложнить ее работу, если в ходе
полета будет включать или выключать питание тех или иных датчиков. Схожие
(Ю АНАЛОrОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
проблемы возникают и при проведении регламентных работ, когда какие-либо
модули системы независимо от того, подано на них питание или нет, отсоединя
ются или присоединяются к сети. Поскольку аналоговые входы коммутаторов
непосредственно связаны с контактами присоединительных разъемов, то в момент
разъединения или присоединения последних на входах коммутаторов будут возни
кать выбросы напряжения, которые не должны выводить ИС из строя.
Когда один или несколько источников входных сигналов оказываются под на
пряжением при отсутствии питания на коммутаторе, необходимо обеспечить,
с одной стороны, защиту ИС от повреждения, а с другой - достаточно высокое со
противление аналоговых входов коммутатора, чтобы он не создавал существенной
нагрузки для источников входных сигналов. Мультиплексор должен также отве
чать определенным требованиям в отношении сопротивления изоляции, чтобы
избежать повреждений при коммутациях в цепи питания и на случай аварийного
режима функционирования датчика, когда на аналоговые входы коммутатора мо
жет быть подано напряжение, близкое к 28 В.
При поступлении на входы коммутатора напряжения, превышающего напряжение
питания интегральных схем {обычно ±15 В), устройство должно не только сохранить
работоспособность, но и обеспечить защиту операционного усилителя или другой
схемы, подключенной к выходу коммутатора. Рассмотрим два типичных примера:
1. Напряжение в одном из включенных каналов превышает напряжение пита
ния коммутатора. При этом входной ток коммутатора не должен чрезмерно
возрастать, а напряжение на выходе устройства должно оставаться на безо
пасном уровне.
2. Напряжение, превышающее напряжение питания, может поступать на от
ключенный канал коммутатора. При этом схема должна обеспечивать огра
ничение входного тока в указанном канале и одновременно блокировать пе
редачу напряжения питания на выход.
Защитные схемы коммутатора могут быть выполнены как во встроенном, так
и во внешнем вариантах. Типовая схема внешнего варианта защиты показана на
рис. 2.1. В данном случае к каждому входному каналу устройства подключаются
токоограничивающий резистор и два диода (на рисунке показан только один ка
нал). Если положительное напряжение на каком-либо из входов превышает напря
жение пробоя стабилитрона, равное 12 В, верхний диод открывается и удерживает
напряжение на входе коммутатора на уровне 12 В. Аналогичный механизм действу
ет при поступлении на вход коммутатора отрицательного напряжения, превышаю
щего по модулю уровень -12 В.
Схема внешней защиты коммутатора, показанная на рис. 2.1, работает надежно,
но здесь могут возникнуть некоторые проблемы, например появление значитель
ного тока в режиме ограничения напряжения или влияние тока утечки защитного
диода на сигнал в режиме нормального функционирования. При использовании
схемы, показанной на рис. 2.1, в вышеописанной системе тревожной сигнализации
авиалайнера выброс тока, возникающий при выключении одного коммутатора,
может привести к искажению сигнала в другом.
На рис. 2.2 показан другой вариант внешней цепи защиты. При этом вместо
внешних диодов используются внутренние p-n переходы КМОП коммутатора
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ (О]
и внешние резисторы, включенные во входную цепь каждого канала. Резистор
должен обладать достаточным сопротивлением для обеспечения надежной защи
ты входа, однако слишком высокое сопротивление может привести к неприемле
мым искажениям сигнала из-за тока утечки коммутатора - особенно при высоких
температурах, когда он обычно возрастает. Включение резистора со сравнительно
небольшим сопротивлением снижает величину указанных искажений, но способ
ствует возникновению большого тока в аварийном режиме и, следовательно, не
\Южет обеспечить надежную защиту схемы в целом.
Коммуникатор
Вход
+15V
о
о
о
о
о
+15V
о
· 15V
': '"
-15V
Рис. 2.1. Цепь внешней диодно-резистив
ной защиты
Входные
сигналы
.мАХ1М
МАХ328
Выход
-15V
Рис. 2.2 . Цепь внешней резистивной защиты
Таким образом, применение внешних схем защиты ИС аналоговых коммутато
ров и ключей, как правило, не рекомендуется. Исключение составляют с4)тчаи, при
которых токи утечки имеют ничтожно малые значения (по крайней мере, порядка
нескольких пико- или наноампер ). Типовые схемы, в которых применяются внеш
ние цепи защиты, приведены в конце этой главы.
При использовании внешних резисторов для ИС аналоговых коммутаторов
и ключей важно учитывать некоторые дополнительные моменты. Так, например,
степень искажения напряжения сигнала зависит от общего тока, проходящего че
рез резистор, включая входной ток смещения операционного усилителя, подсоеди
ненного к выходу коммутатора. В сочетании с паразитной шунтирующей емкостью
внешний резистор образует RС-фильтр нижних частот, что может ограничить поло
су пропускания всего устройства. Важно помнить, что искажения сигнала во вклю
ченном канале, вызванные протеканием аварийного тока в выключенном канале,
\.fогут оказать существенное влияние на работу всей системы.
2.2. Методы проверки интегральных коммутаторов и ключей
Основной способ контроля работоспособности ИС - проверка выполнения главных
функций. Если микросхема их не выполняет, ее нельзя считать работоспособной.
(!О] АНАЛОfОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
Конечно, такое решение принимается тогда, когда вы измерили все напряжения, по
ступающие на схему, проконтролировали правильность подключения заземления
(как указано в главе 1), а также убедились в исправности всех внешних компонен
тов, в особенности проводных соединений. После проверки основных функций
измеряются параметры интегральной схемы. Далее описываются наиболее важные
параметры интегральных коммутаторов и ключей, а также способы их измерений.
2.2.1 . Проверка основных функций
На рис. 2.3 приведена типовая схема включения ИС МАХЗ26/327 в качестве ин
тегратора с программируемой постоянной времени (от 1до100 мс). На рис. 2.4.
показана схема расположения выводов этих микросхем. Логика управления ком
мутацией представлена в табл. 2.1. Тестирование этого аналогового КМОП пере
ключателя с крайне малым значением тока утечки выполняется путем подачи и от
ключения напряжения +5 В на выводы управления каналами и одновременной
проверки срабатывания соответствующих ключей, для чего используется омметр,
подсоединенный к их выводам.
Uвых.
Рис. 2.3. Типовая схема включения ИС МАХ326/27
Примечание к рис. Звездочкой обозначенъ~
логические входы управления.
Таблица 2.1 . Логика управления коммутацией ИС t..МХ.326/27
МАХ326
Лоrика
о
Ключ
Замкнут
Разомкнут
Логика
1
о
1Н2
D2
S2
V•
N.C .
sэ
D3
1NЗ
Рис. 2.4. Расположение выводов
ИС МАХЗ26/27 (корпус DIP/
SO), вид сверху
МАХ327
Ключ
Замкнут
Разомкнут
2.2 .2 . Проверка тока утечки выключенного канала
На рис. 2.5 показана схема для измерения входного тока утечки выключенного
канала при наличии входного напряжения. На рис. 2.6 приведены типичные ре
зультаты испытаний ИС МАХ378. Как видно из графика, входной ток утечки вык
люченного канала даже при входном напряжении большем, чем напряжение пи
тания, не превышает 20 нА. Вольтметр, подключенный к выходу ИС, позволяет
судить о воздействии тока утечки выключенного канала на включенный канал. При
подсоединении резистора с сопротивлением 100 кОм к входу включенного канала это
воздействие характеризуется крайне низкой величиной (менее 0,1 мВ). Выходное
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ (!!]
AIAXl.М
МАХ318
о
VOU'l<O 1mV
-=
о
о
о
+15V
-15V
Рис.2.5
Схема измерения входного тока утечки
1СХЮ
1
1
1
1
- ,....
1
1
о
1
1
/
1
1
1
1
1
- ....
1
1
1
t20nA
1
1
1
1
1
1
1
- ....
14- Область безооасной рабоrы (±60 V)- r .t
1
- 2000
1
1
1
·-
1
1
-ЗСХХ!
.
- 150
-1 00
1
1
1
1
1
1
.
-50
о
50
Входное напряжение, V
.
Рис.2.6
Ток утечки
выключенного
100
канала
ИСМАХЗ78
напряжение ИС ограничено внутренними фиксирующими схемами до уровня, ко
торый примерно на 3 В ниже напряжения питания и может составлять от ± 12 до
±15 В. При выключении питания напряжение на выходе ИС снижается до О.
2.2.3. Проверка времени переключения
На рис. 2.7 и 2.8 приведены временные диаграммы и схема измерения времени пере
ключения ИС МАХ326/27. На рис. 2.7 уровни логического сигнала соответствуют
Лог.
вход1N1 +ЗV
• cIOns
lrcIOns
дн:ЛЛ~~а~XfдVs __...,.______.._______
Рис. 2.7 . Временные диаграммы переключения
------------~~
Аналог. вход
+15V
v.
ключа s1
Vs•+2V -Q -- -- --<.>
GND
fN
V-
-1!lV
Аналог. выход
ключа
"'--t-0--+----41~ Vo
1\
+~
•k-= -
I 35Pf
Va=VsR~RL _....,..
Рис. 2.8 . Схема измерения времени
~ереключения
(]!] АНАПОfОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
ИС МАХЗ26; для схемы МАХЗ27 они должны быть проинвертированы. Измере
ния по схеме рис. 2.8 следует повторить для аналоговых входов IN2, INЗ и IN4.
Значение времени включения t 0 N должно находиться в пределах 500-1000 нс,
а времени выключения - в пределах 50-500 нс. В табл. 2.2 показано влияние на
пряжения питания на скорость переключения И С.
Таблица 2.2 . Влияние напряжения питания на скорость переключения
Напряжение питания. В
Время включения. мкс
Время выключения. нс
±15
0,5
50
±10
1
во
±5
2,5
200
+10
2,5
200
+15
1,5
100
2.2.4 . Измерение прямоrо сопротивления замкнутоrо ключа
На рис. 2.9 представлена основная схема измерения сопротивления замкнутого клю
ча для ИС МАХЗ26/27. На рис. 2.10 показано изменение сопротивления замкнутого
ключа в зависимости от напряжения аналогового сигнала на входе при различных
напряжениях питания. Хотя в спецификации на ИС указано, что уровни сигналов
управления должны соответствовать стандартным уровням ТГЛ, на самом деле в дан
ной микросхеме пороговые уровни срабатывания составляют 1,5±0,2 В. Эта ИС
обеспечивает правильную передачу сигнала при входном напряжении в пределах -
15... +15 В. Для любых интегральных схем нельзя допускать, чтобы значение напря
жения логических сигналов управления превышало уровень напряжения питания!
V2
Вход
Выход
JllllAXIA'I
МАХЗ26
МАХ321
Рис. 2.9. Схема измерения сопротивления
замкнутого ключа и его зависимости от уровня
аналогового сигнола
~
1-----1---1. . . . . _---1_ ____
rj 8 t---+ -__,1- -f-t---t--+ ----t
§ 5 ----t --t -"""*'" --t --+ ----1
е 4 t---+- __,f-f- -+-- -r --i --+- -- -t
о
!;, з-----..--------
:~:
i 2----t--+-t---t----t
С')
а:
·10
-5
о
10 15
Аналоговый вход, V
Рис. 2.10. Зависимость
сопротивления замкнутого ключа
от величины аналогового сигнала
на входе при различных значениях
напряжения питания
2.2 .5 . Измерение тока утечки замкнутоrо ключа
На рис. 2.11 изображена основная схема измерения тока утечки замкнутого ключа
для ИС МАХЗ26/27. На рис. 2.12 показано, как изменяется ток утечки в зависи
мости от температуры.
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИНТЕrРАЛЬНЫХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ ~
Вход
Выход
.о11М.АХ1А11
МАХ326
МАХЗ21
А lутечки (замкн.ключа)
- =- t14V
.l
Рис. 2.11 . Схема измерения тока утечки
замкнутого ключа
100
V+•15V
V-· -15V
10
l/v
v,;
-тт
(7
l/
0.01
0.001
-55
-35-15525456565105125
Teмneparypa, ·с
Рис. 2.12. Экспериментальная
зависимость тока утечки
замкнутого ключа от темгtературы
2.2 .6 . Измерение тока утечки разомкнутого ключа
На рис. 2.13 приведена основная схема измерения токов утечки разомкнутого клю
ча, то есть значений входного Is и выходного I0 токов утечки разомкнутого ключа
ИС МАХ326/27. На рис. 2.14 показано, как изменяется входной ток утечки ls
в зависимости от температуры_
- =- t14V
_L
Рис. 2.13. Схема измерения токов утечки
разомкнутого ключа_____
10
1.0
~~ 01
t~ 0.01
0.001
0.0001
V+•15V
v---1sv
v
v
v,
l/v МАХЗ2f
11
.55
-35-15525456565105t25
Teмneparypa, ·с
Рис. 2.14. Экспериментальная
зависимость входного тока утечки
разомкнутого ключа от температуры
2.2.7. Проверка основных функций коммутатора
На рис. 2.15 и 2.16 показаны типовая схема включения и расположение выводов
llC МАХ328/29. Табл. 2.3 и 2.4 соответствуют таблицам истинности ИС МАХЗ28
и МАХЗ29. Указанный аналоговый КМОП коммутатор с крайне низким значени
ем тока утечки проверяется путем подачи и отключения напряжения +5 В на выво
ды управления с одновременной проверкой замыкания и размыкания соответству
ющих ключей. Для аналоговых входов можно использовать простое гармоническое
колебание, а сигнал на выходе операционного усилителя - измерить посредством
осциллографа.
(!!] АНАЛОrОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
CLJ<IN
NC
Аналог.
ВХОД
.
.
+15V днМ'оr.
ВХОД
00
1/'lW
N.C
+1SV
·15V
V• GND \1-
St
1моогвD
S8
ENIN --~---------'
(разрешение Вl(ЛЮЧения коммутатора)
Выход
Рис. 2.15. Тиnовая схема включения ИС МАХЗ28/329
Таблица 2.3 . Таблица истинноqи микросхемы МАХ328
А2
А1
АО
EN
х
х
х
о
о
о
о
о
о
1
о
о
о
1
о
о
о
о
ТабJIИЦа 2.4. Таблица истинности микросхемы МАХ329
А1
х
о
о
АО
х
о
о
EN
о
Рис. 2.16 Расположение
выводов ИС МАХЗ28/329
(корпус DIP /SO), вид
сверху
ЗамкнутыА ключ
Нет
1
2
з
4
5
6
7
8
ЗамкнутыА ключ
Нет
2
з
4
Примечание к табп. Логический О - не более 0.8 В, логическая 1 - не менее 2,4 В.
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИНТЕrРАЛЬНЫХКОММУТАТОРОВИ КЛЮЧЕЙ ~
2.2.8. Измерение времени задержки переключения каналов
относительно адресных сигналов
На рис. 2.17 и 2.18 показаны временные диаграммы и схема измерения времени
задержки переключения каналов относительно момента изменения сигналов на
адресных входах ИС МАХЗ28. Заметим, что на объединенные адресные входы
подается импульсный сигнал переключения.
Обычно время задержки переключения каналов не превышает 1 мкс для ИС
МАХ328/29М и 1,5 мкс для ИС МАХ328/29С/Е.
1
1
1
- -+f
vан i.ov
Сигнал
установки
адресов (Vд)
av
Выход
-IOV
Рис. 2.17. Временные диаграммы
п:реключения
Рис. 2.18. Схема измерения времени задержки переключения
каналов
2.2.9. Время перекрь1тия переключаемых каналов
На рис. 2.19 и 2.20 показаны временные диаграммы и схема, предназначенная для
измерения времени перекрытия (одновременного замыкания) переключаемых ка
налов ИС МАХ328. При измерении необходимо подавать импульсный сигнал на
адресные входы. Типичное время перекрытия для этой ИС составляет 0,2 мкс.
А1 .мАХl..М ••
..,__ _. .. , ._o •5V
А1 МАХ328
Sz-St
":'
Ао
"
&ао
(11
Выход
GllD
Рис. 2.19. Временные диаграммы
измерения времени перекрытия
при переключении каналов
Рис. 2.20. Схема измерения времени перекрытия
при переключении канапов
2.2 .10. Измерение задержки переключения каналов
относительно сигнала разрешения переключения
На рис. 2.21и2.22 показаны схема для измерения задержки переключения каналов
относительно сигнала разрешения переключения (EN) и временные диаграммы для
~ АНАЛОrОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
Vам "'3.0V
:1------k~~
1
1
av
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
~ •0•11•1
,...,_
1
1 Время 1 ___....
вкл~очекия
Выход
1
1
ltffl(•I а-
ВремяВО11U11ОЧе11мя
Az
S1
•IOV
..N IAXl.wt
А1 МАХЭ28 Sz-St
Аа
':'
EN
GМI
Выход
111
IZ.5PF
Рис. 2.21 . Временные диаграммы
переключения
Рис. 2.22 . Схема измерения задержки переключения каналов
отнасительна сигнала разре~ения
И С МАХ328. Обычно указанное время задержки при включении равно 1 мкс для
ИС МАХ328/29М и 1,5 мкс для ИС МАХ328/29С/Е.
2.2.11. Измерение заряда переключения
На рис. 2.23 и 2.24 показана схема для измерения заряда переключения и формы
сигналов для ИС МАХ301/3/5. На вывод управления подается импульсный сиг
нал и определяется приращение выходного напряжения. Заряд переключения Q
вычисляется путем умножения значения приращения выходного напряжения на
выходную емкость. Обычно он составляет 10-15 пК.
+5V
+15V
Rreн.
VL
V+
Выход
Vo
ll.Yo~
ICL Vo
1.W:
т
INX
-15V
вкл
вы кл
вкл
O•(AVoXCL)
Рис. 2.23. Схема измерения заряда
переключения
Рис. 2.24. Формы сигналов при измерении
заряда переключения
2.2.12. Измерение развязки разомкнутого ключа
На рис. 2.25 показана схема, а в табл. 2.5 приведены условия измерения развязки разом
кнуюго ключа для ИС МАХ301/З/5. Развязка определяется как 20 lg V вх/Vвых· Ти
пичное значение развязки для этой И С равно 72 дБ.
Частота, на которой проводятся измерения, и типы применяемых измеритель
ных приборов (генератор сигналов и анализатор спектра) указаны в табл. 2.5 .
Табпица 2.5. Типы применяемых измерительных приборав и частота измерения
Частота тестирования
Генератор сигнапа
Анализатор
1 МГц
Автоматический синтезатор
Следящий спектр-анализатор
ОПИСАНИЕ АНАЛОrовых КОММУТАТОРОВ и КЛЮЧЕЙ [![]
. tsv
+&1
V-
с
~ Рис.2.25
Схема измерения развязки разомкнутого ключа
- t5V
tOIO
2.2.13. Измерение развязки между включенными каналами
На рис_ 2.26 показана схема измерения развязки между включенными каналами
или отсутствия перекрестных помех) для ИС МАХ301/3/5. Как правило, у этой
1С развязка не менее 90 дБ.
Частота, на которой проводятся измерения, и типы применяемых измеритель
ных приборов (генератор сигналов и анализатор спектра) указаны в табл. 2.6.
+15V
+&-/
- 15V
1000
OV,24V
Рис.2.26
Схема измерения развязки между
включенными каналами
Таблица 2.6. Типы применяемых измерительных приборов и частота измерения
Частота тестирования
rенератор сигнала
Анализатор
1 МГц
Автоматический синтезатор
Следящий спектр-анализатор
2.2 .14 . Емкость канала
На рис. 2.27 и 2.28 показаны схемы, предназначенные для измерения емкости ка
нала, находящегося соответственно во включенном и выключенном состоянии.
Обычно емкость включенного канала составляет 12 пФ, а выключенного -39 пФ.
2.3. Описание аналоговых коммутаторов и ключей
2.3.1. Входные каскады устройства сбора данных
На рис. 2.29 показана типичная система сбора данных с использованием коммуrато
ра МАХ358. В связи с тем, что эта микросхема работает на высокоомный вход опера
ционного усилителя, напряжение ошибки будет равно произведению сопротивления
(!!] АНАЛОrОВЫЕКОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
Вход
~
Измеритель
fN.2 .fV
fN.2.fV
емкости
ости
ВЬDЮА
ВЬDЮД
Gll)
с
Gll)
V·
с
-
· 15V
~
-
· 15V
~
Рис. 2.27. Схема измерения емкости включеннога Рис. 2.28. Схема измерения емкости
канала
выключеннога канала
открытого канала и суммы значений тока утечки коммутатора и входного тока
усилителя:
VERROR = RDS(ON> Х [ID<ON) + 18 IA5(MAX 420)] = 15 кОм Х (2 нА + 30 пА) = 3,05 мкВ.
Полученная величина определяет максимальную погрешность этой схемы.
Термооара
Тенэодат'К
Передатчмк 4-20mA...,___
roкoвoii nет114
•••
•••
llJ
114
•••
"
Опорный уровень
усиления
t-----t 117
Опорный уровень t-----t , "
•••
.......
О11Т
А4АХ1.;М
МАХ358
!1SI
• .,,.., .,
&111
·••
•l lV
•Vsu"
О11Т ....AXI.. ..
DG508A
OR
МАХ358
..,,..,.,
&111
·1 1V
=
Рис. 2.29. Тиnовая схема устройства сбора данных на базе ИС МАХ358
llla
114
•••
2.3.2. Система сбора данных с защищенным дифференциальным
входом
••n
lllDkn
lkn
11'n
На рис. 2.30 и 2.31 приведены типовая схема включения и расположение выводов
ИС МАХ368/69. Табл. 2.7 и 2.8 представляют собой таблицы истинности для ИС
МАХ368/69. Как видно из рис. 2.32, аналоговые коммутаторы с защитой по вхо
дам снабжены триггерами-защелками, вот почему для управления этими схемами
необходимы раздельные сигналы записи и сброса. На рис. 2.33 показан вариант
применения вышеописанных И С в схеме шинного интерфейса. В табл. 2.9 приве
дены типичные значения развязки для выключенных каналов, в табл. 2.10 - зна
чения уровня подавления перекрестных помех. Данные в таблицах соответствуют
ОПИСАНИЕ АНАJ1оrовых КОММУТАТОРОВ и КЛЮЧЕЙ [!!]
+5У
-SY
AWXIAt
МАХ369
Вых.А
Вых. 8 ~ Интерфейс МП
Шина управпвния
коммутатором и АЦП
Рис. 2.30 . Система сбора данных с защищенным
дифференциальным входом
Wii
~ AWXIAt
IN1A
МАХ369
IN2A
INЗA
~
Рис. 2.31. Расположение
выводов ИСМАХ368/69,
вид сверху
включению как одного, так и всех каналов коммутатора одновременно. (См. ~Maxim
New Releases Data Book~, 1992, р.р. 1-31, 1-37, 1-40, 1-44, 1-46, 1-47.)
Таблица 2.7 . Таблица истинности микросхемы МАХ368
А2 А1
АО
EN
WR
RS
Замкнутый ключ
Запись данных
х
х
х
х
изов1
Ключи остаются в прежнем положении
Сброс
х
х
х
х
х
о
Нет (триггеры-защелки сброшены)
Режим работы без записи
х
х
х
о
о
Нет
о
о
о
о
1
о
о
1
о
2
о
1
о
о
з
о
1
1
о
4
о
о
о
5
о
1
о
6
о
о
7
о
8
Таблица 2.8. Таблица истинности микросхемы МАХ369
А1
АО
EN
WR
RS
Замкнутый ключ
Запись данных
х
х
х
изов1
Ключи остаются в прежнем положении
Сброс
х
х
х
х
о
Нет (триггеры-защелки сброшены)
(!О] АНМОrОВЬIЕ КОММУrАТОРЫ И КЛЮЧИ
Таблица 2.8. Таблица истинности микросхемы МАХ369 {окончание)
д1
АО
х
х
о
о
о
1
о
Защита
Защита
Защита
Защита
EN
т
RS
Режим работы без записи
о
4-разрядный
триггер
защелка
о
о
о
о
о
Схема
смещения
уровня
Дешифратор
Рис. 2.32. Упрощенноя структурная схема ИС МАХЗ68/69
Системная
шинаМП
Шина данных
RESET о--------1 RS
.sv
v·
·ISV
Рис. 2.33 . Включение ИС МАХЗ68/69 в схему шинного интерфейса
Таблица 2.9 . Значения развязки для разомкнутых ключей в ИС МАХЗ68/69
Частота
В1<11ючен один канал
81<11ючены все каналы
100 кГц
74дБ
64дБ
500 кГц
72дБ
48дБ
Замкнутый ключ
Нет
1
2
з
4
V•
у.
v, ••1sv D
Общий выход
:tl5V
Аналог.
ВХОДЫ
Аналог. выход
(nодl(ЛIОЧ. любой
ИЗ 8 акалог. ВХОДОВ)
1 МГц
66дБ
44дБ
ОПИСАНИЕ АНАЛОrовых КОММУТАТОРОВ и КЛЮЧЕЙ [!!]
·аблица2.10. Уровень подавления перекрестных помех в ИС МАХ368/69
Частота
Включен один канал
Включены все каналы
100 кГц
74дБ
64дБ
500 кГц
72дБ
48дБ
1 МГц
66дБ
44дБ
2.3.3 . КМОП коммутатор радио- и видеосигналов
На рис. 2.34 показана типовая схема включения микросхемы МАХ310. Это вось
.wиканальный коммутатор, в котором практически отсутствуют потери аналоrово-
сиrнала. Отличительная особенность данной ИС- высокий уровень развязки
J.Jежду каналами на высоких частотах. Так, на частоте 5 МГц гарантированная раз
вязка между входом любого закрытого канала и выходом схемы составляет не
wенее -66 дБ. При напряжении питания ±15 В входной сигнал должен находить
ся в пределах +12 ... - 15 В. Потребляемая мощность не превышает 1,1 мВт. Все
управляющие входы совместимы как с ТТЛ, так и с КМОП микросхемами. Деко
_щрование выполняется в стандарте BCD (двоично-кодированные данные). Вход
разрешения используется для каскадного соединения микросхем, которые могут
нормально функционировать при подаче любой комбинации напряжений пита
ния, если только его суммарный размах не превышает 36 В (от V + до V-), в том
числе при подаче на положительный вывод питания V +напряжения +12, +15 или
+28 В и заземлении отрицательного вывода питания V-. ( С м. «Maxim High-Relia-
bllity Data Book~, 1993, р. 1-1 .)
2.3 .4 . Коммутатор повышенной надежности
На рис. 2.35 показано, как построить надежную схему коммутации аналоговых
сигналов на базе микросхем МАХ328/29 (см. рис. 2.15 и 2.16). Внутренние диоды
Аналоговые[
1
входы
Рис.2.34
Типовая схема включения ИС МАХЗ l qlJ_! _
1---- ., f\ /\/ \- -o S7 Рис. 2.35
1----.. I V\1 '- --- Y Ss Коммутатор с повышенной надежностью
на базе микросхем МАХ328/29
~--
(О] АНАЛОГОВЫЕ КОММУ1'АТОРЫИ КЛЮЧИ
обеспечивают ограничение входного напряжения на уровне ±15,7 Б (при напря
жении питания ±15 Б). При этом подключение внешних диодов не требуется. При
поступлении на входы схемы переменного напряжения до 120 Б мощность, рассе
иваемая на токооrраничивающих резисторах, не превышает 0,28 Вт. (См. ~мaxim
High-Reliability Data Бооk~, 1993, р. 1-6 .)
2.3.5. Усилитель с программируемым коэффициентом усиления
На рис. 2.36 и 2.37 показаны типовая схема включения и расположение выводов
И С МАХ334, а в табл. 2.11
-
логика работы управляющих входов (выводы 1, 8, 9
и 16). Данная ИС полностью взаимозаменяема с ИС Siliconix DG271 и HI-201HS.
Микросхема гарантированно обеспечивает время включения не более 100 нс, вре
мя выключения не более 50 нс и сопротивление открытого канала не более 50 Ом.
На схему можно подавать однополярное (от +5 до +30 Б) или двуполярное (от ±5 до
±15 Б) питание без заметного влияния на скорость переключения или совместимость
с ТГЛ и КМОП схемами. (См. ~Мaxim High-Reliability Data Бооk~, 1993, р. 1-17.)
r.~•o+--JV1.,,.,,_rn
.МАХl.М
МАХЗЗ4
.".
1
Dt
S1
v-
GllD
S4
Dc
1114
lllt
02
S2
1 v• (ПОДЛОЖКА)
1 11С
11 Sз
оОз
•з
Рис. 2.36. Применение ИС МАХ334 в схеме усилителя
с программируемым усилением
Рис. 2.37. Расположение выводов
ИС МАХ334, вид сверху
Таблица 2.11. Таблица истинности для управляющих входов ИС МАХ334
Логическое значение
о
Ключ
Замкнут
Разомкнут
2.3.6 . Ослабление влияния емкостной нагрузки
На рис. 2.38 показана буферная схема, обеспечивающая работу коммутатора на боль
шую емкостную нагрузку. (См. ~Мaxim Нigh-ReliaЬility Data Бооk~, 1993, р. 1-46.)
Рис.2.38
Буферная схема для коммутатора, работающего
на большую емкостную нагрузку
ОПИСАНИЕ АНАЛоrовых КОММУТАТОРОВ и КЛЮЧЕЙ [Ю
2.З.7. Компенсация фазовых искажений
На рис. 2.39 приведена схема компенсации фазовых искажений на выходе комму
татора. (См. ~мaxim High-ReliaЬility Data Бооk~, 1993, р. 1-46.)
Емкость, отмеченная звездочкой, подбирается при регулировке по минимуму
фазовых искажений.
+5v------
Рис.2.39
Схема компенсации фазовых искажений на
выходе коммутатора
2.З.8. Восьмиканальная схема коммутации дифференциальных
сигналов с последовате~1ьным переключением каналов
На рис. 2.40 и 2.41 показаны типовая схема включения и расположение выводов
ИС МАХ7501/02/03. Здесь ИС выступает в качестве коммутатора (8Х1) или пе
реключателя ( 1Х8) в зависимости от варианта использования аналоговых входов
и выходов. Переключение каналов осуществляется последовательно по сигналам,
поступающим от ИС DM7493, которая работает под управлением внешнего так
тового генератора. (См. ~Maxim Нigh-ReliaЬility Data Бооk~, 1993, р. 1-47.)
Аналог. {
входы (выходы)
...15V
нс.
НС.
· 15V
- 15V
V+ GND V-
51
. . .. .. .. .,......
·
МХ7501
МХ7503
S8
оuт
NJА1 КJ. EN
ENIN _____________.
(разрешение включения коммутатора)
Аналог.
выходы (входы)
Рис. 2.40. Применение ИС МАХ750 l /03
в типовой схеме восьмиканальноrо
двунаправленного коммутатора сигнолов
с последовательным переключением каналов
Рис. 2.41 . Расположение
выводов ИС МАХ7501/02/ОЗ
(корпус DIPJ, вид сверху
[!!) АНАЛОrОВЫЕ КОММУ1'АЮРЫ И КЛЮЧИ
2.3.9 . 16-канальная схема коммутации дифференциальных сиrналов
с последgвательным переключением каналов
На рис. 2.42 и 2.43 представлены типовая схема применения и расположение вы
водов ИС МАХ7506/07. Данные ИС аналогичны показанной на рис. 2.41, но ком
мутирует 16 каналов. (См. ~мaxim Нigh-Reliability Data Book», 1993, р. 1-49.)
Тооовый
вход
нс
Вход
ра.зрешенмя
-15У
-15У
YGND у
....
о.
...
-·{
.МАХl.М
входы (выходы)
МХ7507
5111
• 1SV
D11
"АоAt А2EN
у+ Ое
llнi Oct------
DМ7413ao---~---
Анt
NC
rot r020ND
(разрешение включения коммутатора)
Аналог.
выходы (входы)
2.3.10. Схема выборки-хранения
Рис.2.42
Типовая схема включения ИС МАХ7507
Рис.2.43
Расположение выводов ИС МАХ7506/507,
вид сверху
На рис. 2.44 и 2.45 показаны ИС IH5040 - IH5045/47 в типовой схеме выборки
хранения и назначение выводов одноканального ключа IH5040-SPST (Single-
pole, Single-throw - однополюсный переключатель на одно направление). Эти
КМОП схемы общего применения обеспечивают выборку и хранение анало
гового сигнала при токе утечки менее 1 нА и токе потребления в состоянии покоя
менее 1 мкА Причем на рис. 2.44 показан оптимальный вариант построения схемы
ОПИСАНИЕ АНА.Лоrовых КОММУТАТОРОВ и КЛЮЧЕЙ 00
Рис. 2.44 . Тиnовая схема применения ИС IH5043
Выход
(Конд. С ПОЛИ·
стироловым
диэлектриtеом)
VL
V+
12
11
.мтам
16
IН5ИО·SРSТ
s ___.,..___O""""""L....11-
13
GNO
14
V-
Рис. 2.45. Назначение
выводов и схема
управления ключом
в ИС IH5040-SPST
выборки-хранения на базе ИС IH5043. (См. 4Maxirn High-RcliaЬility Data Book»,
1993, р. 1-153.)
2.3.11 . Восьмиканальный переключатель с управлением
по последовательному интерфейсу
На рис. 2.46, 2.47 и в табл. 2.12 представлены соответственно функциональная
схема ИС МАХ335, расположение се выводов и их назначение. На рис. 2.48 при
ведены временные диаграммы переключения каналов, а на рис. 2.49 - временные
диаграммы работы микросхемы при использовании последовательного трехпро
водного интерфейса. В табл. 2.13 даны коды переключения каналов, используемые
последовательным интерфейсом. Б этой микросхеме имеется 8 однополюсных
независимо управляемых двунаправленных ключей, у которых сопротивление
открытого канала (равное примерно 100 Ом) остается постоянным во всем диапа
зоне амплитуд входного аналогового сигнала. Вес ключи нормально работают при
напряжении питания от ±4,5 до ±20 В и передают аналоговые сигналы в обоих на
правлениях. При включении питания ключи остаются в закрытом состоянии, а вес
последовательные и параллельные внутренние регистры сбрасываются в нуле
вое состояние. Микросхема эквивалентна двум счетверенным ключам DG211, но
управляется сиrnалами по последовательному интерфейсу, который совместим
как со схемами Motorola SPI (рис. 2.50), так и со схемами Microwave (рис. 2.51).
Соединение Douт-MISO необязательно (может использоваться для организапии
эхо-канала). Работая подобно регистру сдвига, ИС осуществляет прием данных на
входе Dп..: по фронту тактовых импульсов ( SCLK). Наличие выхода регистра сдвига
(Dоuт) позволяет объединять несколько микросхем МАХ335 либо в последователь
ную цепь (рис. 2.52), либо в группу параллельно адресуемых ключей, присоединя
емых к общей шине последовательного интерфейса (рис. 2.53). В описываемых
схемах выбросы на аналоговых выходах от переходных процессов при пифровом
управлении переключением каналов обычно нс превышают 1О мВ (от пика до
пика) при емкости нагрузки в каналах до 100 пФ. (См. ~мaxirn New Rclcases Data
Book», 1995, р.р. 1-59, 1-64, 1-65, 1-66, 1-67, 1-68.)
['![) АНАЛОfОВЬIЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
N07
SCLK
V+
СОМ7
DIN
DOUT
GND
NOO
сомо
N01
С0111
.МАХl.М
N02
.----. МАХ335
СОМ2
SClK
NОЗ
сома
Рис. 2.46. Функционапьная схема ИС МАХЗЗ5
Рис. 2.47 . Расположение выводов ИС
МАХЗЗ5 (корпус DIP/SO), вид сверху
Таблица 2.12. Назначение выводов ИС МАХЗЗ5
Вывод
Обозначение
Назначение
1
SCLK
Вход синхросигнала
2
V+
Напряжение питания положительной полярности
з
DIN
Вход последовательного кода
4
GND
«3еМЛЯ»
5
NOO
Ключ О
6
сомо
Ключ О
7
N01
Ключ 1
8
СОМ1
Ключ 1
9
N02
Ключ2
10
СОМ2
Ключ 2
11
NОЗ
КлючЗ
12
сомз
КлючЗ
13
СОМ4
Ключ4
14
N04
Ключ4
15
сомs
Ключ5
16
NOS
Ключ5
17
СОМб
Ключб
18
N06
Ключб
19
СОМ7
Ключ7
20
N07
Ключ7
21
V-
Напряжение питания отрицательной полярности
22
DOUT
Выход последовательного кода
23
VL
Питание логики/сброс
24
~
ВыборИС
ОПИСАНИЕ АНАЛОrовых КОММУТАТОРОВ и КЛЮЧЕЙ [][]
....,;
ta.L
'\
. --------------
____
.. . . . . .. . . .;___tc:sнz__,1
.
.
.
.
.
.
1
.
:....:. - tcss+. - t сн-+
~-~!~: j
;
~ toFF
.
'
'.
:+-
.
1
1
1
1
1
--" '-____ ......___ _, :
---- ":
1
.
1
1
.
.
.
.
1
••
1
~tos:+-:
;...._ ta. -- - .f
;._ _ restn---+!
:-.:tон~ .
.
1
•
~~'tl"m~"-
1
1
...; too :---
.
~.
~---~---------__;><_____ ___x_ __ _J_
.
.
:------
'*- 2 .48 . Временные диаграммы переключения каналов ИС МАХЗЗ5
Смена входных
данных
Биты входных
данных
,оо07[1D5D4D3D201щ
Биты данных от пр;дыдущеrо цикла
DOUТ -----~м MISO
МАХ1М
АИ.QЗ5 DIN м-:1------1 МОS1
SCLК ~
SСК
SP1
PORT
Рис. 2.50. Схема соединения входов
управпения ИС МАХ335 с шиной
SPl-пopra фирмы Motorola
Рис.2.49
Временные диаграммы работы ИС МАХ335
с управпением по последовательному rрехпровод
ному интерфейсу
SCLК -
SI(
МАХ1М
ШОЗ5 DIN ::
so
MICROWIRE
РОRТ
-
DOUТ
-
SI
cs-
1/О
Рис. 2.51. Схема соединения входов
управпения ИС МАХЗЗ5 с шиной порта
Microwire
[!!:] АНАЛОrОВЫЕ КОММУТАТОРЫ И КЛЮЧИ
Таблица 2.13. Коды переключения каналов, используемые последовательным интерфейсом ИС МАХЗЗS
Значения разрядов последовательного кода
Состояние ключей (каналов)
D7DбD5D4DЗD2D1DO
о
х
х
х
х
х
х
х
Ключ 7 разомкнут (выключен)
х
х
х
х
х
х
х
Ключ 7 замкнут (включен)
х
о
х
х
х
х
х
х
Ключ 6 разомкнут
х
х
х
х
х
х
х
Ключ 6 замкнут
х
х
о
х
х
х
х
х
Ключ 5 разомкнут
х
х
х
х
х
х
х
Ключ 5 замкнут
х
х
х
о
х
х
х
х
Ключ 4 разомкнут
х
х
х
1
х
х
х
х
Ключ 4 замкнут
х
х
х
х
о
х
х
х
Ключ З разомкнут
х
х
х
х
х
х
х
Ключ З замкнут
х
х
х
х
х
о
х
х
Ключ 2 разомкнут
х
х
х
х
х
1
х
х
Ключ 2 замкнут
х
х
х
х
х
х
о
х
Ключ 1 разомкнут
х
х
х
х
х
х
х
Ключ 1 замкнут
х
х
х
х
х
х
х
о
Ключ О разомкнут
х
х
х
х
х
х
х
Ключ О замкнут
Примечание к табл. Х - разряд может принимать любое значение.
-
SCLK
-
SCLK
-
SCLK
-
SCLK
МАХ1М
.МАХl.М
А1АХ1А11
АЩЭ.15
АЩЭ.15
АЩЭ.15
DIN -
DIN
OOUT
DIN
OOUT
DIN
DOOT -.
-
-
ёS
гёS
га
-
1
-
-
-
-
-
Рис. 2.52. Последовательное соединение нескопьких ИС МАХЗЗS
2.3.12 . Коммутатор 8Х1 на ИС МАХЗЗS
Кдру111м
устроиствам
дnя
последовательжжо
соединения
)}..9я l'DTD v7оЬы нашд6sаваr.б м-«кросхему lvtAK335 в качестве коммутатора 8Х1,
необходимо соединить между собой все стоки каналов от само до СаМ7, тогда
входами коммутатора будут входы ключей от NOO до N07. Затем нужно подать на
вход DIN один импульс с амплитудой +З В. Так как вход синхронизируется через
регистр сдвига посредством тактовых импульсов SCLK, то каждый ключ включит
ся последовательно один за другим.
2.3 .13. Дифференциальный коммутатор 4Х2 на ИС МАХЗЗS
Для того чтобы использовать микросхему МАХЗЗS в качестве дифференциально
го коммутатора 4Х2, необходимо соединить между собой стоки каналов от СаМО
ОПИСАНИЕ АНАЛОГОВЬIХ КОММУТАТОРОВ И КЛЮЧЕЙ (О]
.
.
.
-
-
-
-
-
-
-
---
-----
ёS
-
.м.юа.м
МЮЗ5
scu
-
O/N
ёS
-
AUXIJИ
А1АХЗЗ5
scu
-
DIN
ёS
МАХl.М
М4ХЗ35
scu
DIN
Кwугим
устроиствам
дnя
посnедовательного
соединения
Рмс. 2.53 . Параллельное подключение нескольких микросхем МАХЗЗ5 к общей шине rрехnроводного
18-tТерфейса
по самз, а также от сам4 по сам7. Пары дифференциальных входов схемы
будут выглядеть следующим образом: (NOO, N04}, (N01, NOS}, (N02, N06) и (NОЗ,
'J07). На рис. 2.54 показано, как управлять последовательным входом DIN, чтобы
на каждом такте включалась очередная пара ключей для передачи дифференци
ального сишала. При этом сигнал CS выбора кристалла удерживается в состоянии
.1огического О в течение четырех тактовых импульсов. Первый тактовый импульс
каждой четверки задает момент включения пятого ключа, а второй импульс - мо
wент включения первого. Перед началом очередного цикла опроса сигнал CS пе
реходит в состояние логической 1 и все ключи запираются. Затем он возвращается
в состояние логического О, давая возможность очередной четверке тактовых им
пульсов SCLK переключать дифференциальные пары ключей (S1, SS и т.д.), пос-
1е чего снова переходит в состояние логической 1 и т.д.
SCLJ(
1
SW4'
SWВ•
DIN-----Г1
ГL
'
4nериода
,
. . , __ _ повторения
-- --..
•
тактовых импульсов
•
Рис.2.54
Управление последовательным входом
при использовании микросхемы МАХЗЗ5
в качестве коммутатора 4Х2
2.3 .14 . Однополюсные переключатели на два направления на ИС МАХ335
Чтобы использовать микросхему MAXЗSS в качестве однополюсного переключа
теля на два направления (SPDT), соедините вывод само с N01, после чего выво
.1Ы NOO и СаМ1 станут входами, а выводы само и N01 - общим выходом. Таким
образом, в каждой ИС может быть сформировано до четырех однополюсных пе
реключателей на два направления. Дальнейшее увеличение числа переключателей
достигается путем последовательного соединения нескольких микросхем MAXЗSS. На
рис. 2.55 приведена временная диаграмма сигналов последовательного управления
[!О] АНАЛоrовыЕ КОММУТАТОРЫ и КJ1ЮЧИ
DIN _гu-l_ГLГL
:
: 1 период повторения
_...:
~овых импульсов
.
Рис. 2.55 . Управление
последовательным входом при
работе ключей микросхемы МАХЗЗS
в качестве однополюсных
двунаправленных переключателей
работой К.."Iючей микросхемы МАХЗ35 в качестве од
нополюсных переключателей на два направления.
Сигнал CS выбора кристалла удерживается на
низком уровне в процессе последовательной вы
борки ключей, затем переходит на высокий уро
вень на время обновления данных на аналоговых
входах, после чего вновь возвращается на низкий
уровень в период поступления очередных такто
вых импульсов и далее по циклу.
2.3 .15. ИС защиты многоканальных линий передачи сигналов
с ключами повышенной надежности
На рис. 2.56 и 2.57 показаны типовая схема включения и расположение выводов
ИС МАХЗ66, а на рис. 2.58 - расположение выводов ИС МАХЗ67. Эти микросхе
мы содержат определенное число защитных двухполюсников. Каждый из них,
AllAXIAll ..- - -- - - +'1V
МАЮ66
i-------
1
•
АЦП
1
:
Е\.1
----·"" 1
1
----~ --:---·~·
1
Рис. 2.57 . Расположение
выводов ИС МАХЗ66
(корпус DIP /SO), вид сверху
~--------------~ ·------------------------~
Рис. 2.56. Типовая схема включения ИС МАХЗ66
Рис. 2.58. Расположение
выводов ИС МАХЗ67 (корnус
DIP/SO), вид сверху
включенный последовательно в линию передачи сигнала,
обеспечивает предохранение чувствительных компонен
тов схемы от повреждений входным напряжением, пре
вышающим уровень номинального напряжения пита
ния. Микросхемы используются в интерфейсах между
чувствительными схемами и внешними устройствами,
где могут формироваться опасные выбросы напряжения
(до ±35 В сверх номинального значения) во время вклю
чения, выключения или аварийного состояния источника
питания. Кроме того, такие ИС мoryr применяться для за
щиты как цифровых, так и аналоговых цепей при исполь
зовании однополярных (5-44 В) или двуполярных (от ±5
до ±22 В) источников питания. Рассматриваемые ИС
фактически представляют собой защитные ключи, всегда
находящиеся в рабочем состоянии при подаче напряже
ния питания. Сопротивление такого ключа в открытом
ОПИСАНИЕ АНАЛОrовых КОММУТАТОРОВ и КЛЮЧЕЙ [!!]
состоянии не превышает 100 Ом (максимально), ток утечки - менее 1 нА при
температуре +25 "С. Если напряжение сигнала достигает или превышает уровень,
'\ТТановленный на 1,5 Б ниже напряжения питания, а также в случае отключения
питания сопротивление защитной цепи резко возрастает, фактически размыкая
игнальную цепь. Это обеспечивает малый ток в сигнальной цепи даже при ава
рийном состоянии внешнего источника сигнала. Защитная часть ИС обеспечивает
требуемую полярность сигнала и удерживает его на 1,5 Б ниже уровня напряжения
питания. Эти схемы не создают даже кратковременных выбросов в сигнальных
цепях при смене полярности питания и возникновении аварийных ситуаций. Кроме
того, в данной ИС предусмотрена защита от электростатического разряда с потенци
а;юм более 2 кВ. (См. ~Maxim Ncw Releases Data Бооk~, 1995, р.р. 1-109, 1-110.)
3. СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
В этой главе рассмотрены устройства и применяемые в них интегральные схемы
(передатчики, приемники и приемопередатчики), выполняющие функции сопря
жения цифровых устройств с внешней аппаратурой. Существует мнение о том, что
единственная задача при выборе схемы сопряжения - это поиск интерфейсной И С
с необходимым количеством каналов. Однако есть и другие проблемы, влияющие
на работу системы в целом. Им и посвящена эта глава.
3.1. Длина кабеля
В старом стандарте на интерфейс RS-232C максимальная длина кабеля ограниче
на 50 футами 1 • Более поздний стандарт EIA-2320 требует, чтобы емкость кабеля
не превышала 2500 пФ. Такое изменение параметров (от длины кабеля к ero емко
стным характеристикам) вызвано одной из особенностей интерфейса RS-232C.
Этот стандарт не только не учитывает емкостные свойства кабеля, но и устанав
ливает ограничение на его длину, что часто не принимается во внимание разработ
чиками.
Стандарт EIA-2320 учитывает длину кабеля косвенно, через емкость нагрузки,
не оговаривая прямо его максимальную протяженность. Так как удельная емкость
кабеля может меняться от 12 пФ/фут для простой витой пары до 30 пФ/фут для
малошумящего экранированного кабеля, при определении максимальной длины
линии связи имеется некоторая неопределенность.
Емкость кабеля имеет большое значение во время передачи сигналов переменно
го тока. При ее возрастании от передатчика требуется увеличение амплитуды пе
редаваемого тока, что, в свою очередь, приводит к росту среднего значения тока
потребления при данной скорости передачи сигналов (см. рис. 3.1). К тому же
комплексное сопротивление кабеля и выходное комплексное сопротивление пере
датчика образуют делитель переменного тока. И чем выше емкость кабеля, тем
ниже его комплексное сопротивление и, следовательно, меньше амплитуда сигнала
1 1 фут - 304,8 мм. - Прим. научн. ред.
ДЛИНАКАБЕЛSI (!!]
на выходе передатчика (см. рис. 3.2). Такие потери сигнала становятся существенной
проблемой, если значение напряжения на приемном конце падает ниже уровня 5 В,
}!ИНимально допустимого для нормальной работы большинсrва цифровых устройств.
Наконец, емкость кабеля ограничивает максимальную скорость нарастания (спа
да) выходного напряжения передатчика сигналов (см. рис. 3.3). Этот параметр
пределяет время переключения между уровнями сигналов +3 и -3 В (более под
робно он рассматривается в главе 6). В соответствии с Рекомендацией МККТТ
V.28, а также стандартами RS-232C и EIA-232D время переключения ограничива
ет максимальную скорость передачи данных (см. табл. 3.1 ).
Простейший способ определения максимально допустимой длины кабеля для
интерфейсной (по EIA-232D) ИС приемопередатчика - разделить предельно до
пустимую емкость нагрузки (в соответствии со стандартом - 2500 пФ) на значе
ние удельной емкости применяемого кабеля. Затем, если длина реального кабеля
превышает это расчетное значение, следует проверить качество работы при под
ключенном кабеле и убедиться, что приемопередатчик функционирует в заданном
fN'ЖИМе и обеспечивает максимальную (в соответствии со стандартом) скорость
передачи данных.
Стандарт Elд-232D
i45
-
~1+--+--lf--+--+--+--------+--+,,,.,.-:i
! ~Т----t--1-Т--t----t---1--"t::ll----Т---::I
1:+--+--+-+-~:....+---:1..-::+---+---+--i
~ I0+--+---+--7'-'-Ь~--if--+-+:::....-~
! ~~~~~~EE:jr;Jj:_j
о
1000
2000
зою
Емкость нагрузки, pF
9"8(.. 3.\ •~~'OYl'-.YIW.~C'i'ь "'i~'f..~ 'i'l~"'i'j:>~i;;~'G\'M91
МАХ220 от емкосrи нагрузки
при работе двух передатчиков
>
Стандарт EIA-232D
+1_ 9 .5 т---т-.....,...-....--т--1....._.----т-....,....~
·~
s
g~~~~~:!~~~t::;з;;
i в.s+
~ 8+--+-~-..+,.,,,..~r--+-;::::=i-...;iii.I:::,~
~ 7.5+--+--+--+~__,P"'llllt--i--+--+~
1 7+-+--+--+-+~~~~-4---1
i 6.5+--+--+--+-+--+--1~1--~.... , . . j
ж
ls~+--+--+--+-+--tf--+--+--+--flll~
ш о 1000 2000 зою 4<ХХ1 5000
Емкость нагрузки, pF
Рис. 3.2 . Зависимосrь выходного
\-\~~~9\~~УМ91 Mf>..Y .-'l'lQ, ~"'i 'GNoV..~~)\I\
нагрузки при работе
двух передатчиков
Таблица 3.1. Сравнение максимально допусrимоrо времени переключения для сrандартов RS-232C.
EIA-2320 и Рекомендации МККТТ V.28
RS-232C
Максимальная скорость
нарастания наnряжения
30 В/мкс
макс. время nереключения
nри скорости nередачи:
< 40 бит/с
1мс
< 30 бит/с (только для V.28)
от 40 бит/с до 8 Кбит/с
4% межбитового
интервала
> 8 Кбит/с
4% межбитового
интервала
EIA-232D
ЗОВ/мкс
1мс
4% межбитового
интервала
5мкс
МККПV.28
30 В/мкс
1мс
3% межбитового
интервала
3% межбитового
интервала
[!!) СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
На рис. 3.4 видно, что можно повысить скорость передачи данных по сравне
нию с указанной в стандартах (см. табл. 3.1). Увеличение длины кабеля ведет
к росту емкости линии и возрастанию времени переключения сигнала, что огра
ничивает, таким образом, скорость передачи данных. Тем не менее вы можете за
метно увеличить длину кабеля и скорость передачи данных по сравнению с огра
ничениями, установленными стандартом EIA-232D.
~12~м--т--т--т---т---т--т---т_,.---,
~11+--+"llll!d---+--+--+--+--+-+-+---1
?i 10-------
. ;!j s-------~---------~--+--1
1:------. . ---- ----+ ---. . . . . + --+ --1
~6
1·~~
123456781110
Емкость, nF
Рис. 3.3. Зависимость скорости
нарастания выходного напряжения от
емкости нагрузки для МАХ220/232А/
23Зд/242/243
~
!i
i01
l 001+--~-~--+----l---l-~~--1-....:..::::=;i:~~~
0.001
-t----t-:::"211'""""+""-t---r-+-----+-"'------"1
0.0001
___
_...,....______________
0001
001
01
1
10
1111
Интервал между бкrами (BI), ms
Рис. 3.4. Зависимость максимольно допустимого
времени переключения от интервала между битами
для стандартов RS-232(, EIA-2320 и Рекомендации
МККТТV.28
3.2. Снижение потребляемой мощности и режим отключения
Различные виды портативного оборудования - от считывателей штрихового кода
до подводных регистраторов данных - используют линии связи по стандарту EIA-
232D. Минимальный уровень энергопотребления - одно из основных требоваЮJЙ
к изделиям такого рода, так как большинство портативных устройств имеет бата
рейное питание. Снижение потребляемой мощности приемопередатчиками, ис
пользующими интерфейс EIA-232D, становится важным фактором, так как по
мере уменьшения тока потребления в микросхемах КМОП расход энергии в схе
мах интерфейса составляет существенную часть от общего уровня энергопотреб
ления (схемы на элементах КМО П применяются в большинстве портативных
устройств из-за пониженной потребляемой мощности по сравнению с биполяр
ными структурами).
Очевидный способ снижения уровня знергопотребления - отключить все или
часть устройства при появлении такой возможности. Однако в некоторых случаях
линии трансляции сигнала должны постоянно находиться в активном режиме.
Тогда необходимо выбирать приемопередающие схемы с минимальным потребле
нием тока в состоянии покоя. В тех случаях, когда работа происходит с прерыва
нием и входные цепи могут периодически отключаться, следует применять при
емопередатчики с минимальным током в режиме отключения.
Для сравнения на рис. 3.5 показаны уровни потребления энергии различными
интерфейсными ИС фирмы Maxim. Хотя токи потребления микросхем МАХ222/242
rАПЬВАНИЧЕСКАSI РАЭВЯЗКАЛИНИЙ ПЕРЕдАЧ [![)
и МАХ232А/2ЗЗА/243 в непрерывном режиме одинаковы ( 13,5 мА), в режиме
прерывания среднее значение тока, потребляемого ИС MAX222j242, меньше для
любого рабочего цикла (соотношение времени передачи и времени отключения),
о чем свидетельствует наклонная линия. С другой стороны, ИС МАХ220,
у которой нет режима отключения, имеет преимущество перед ИС МАХ222/242,
когда передача данных занимает более двух тре-
тей (67%) времени рабочего цикла (что демон
стрирует вертикальная пунктирная линия). l 13.SmA
При этом необходимо учитывать, что сравне- 8.
ние указанных уровней потребления энергии 1lmA
оrраничено скоростью 40 Кбит/с, которая пре- ai
де.1.ьна для МАХ220. Итак, при выборе схем }с::
интерфейса по стандарту EIA-232D, принимая
во внимание снижение потребления энергии, ~
18mA
1
1
-
r"i."
1
""'"-. 1
~ .....
1
,_va:=5V.
1
Ri.·5k0. 1
-c . ."c.Jllllllr 1
.1
IWCDZA, IWCZll_
,.,
1
111
......~
111
"'<illAJl4МIADZI-
" "' 1t1...
~
необходимо учитывать конкретное применение 1~100
fil 50
""""-
1
о
и соотношение времени передачи и времени от-
Ра6снtй ~(время nередачtV'11рем
ОПllОЧеt11Я),%
ключения. Так, например, ИС МАХ220 имеет
ток покоя 0,5 мА, а ИС МАХ222/242 - ток по- Рис. З.5. Токи потребления ИС фирмы
Мaxim
требления 1 мкА в режиме отключения.
3.3 . Гальваническая развязка линий передач
О6ычно в телекоммуникационных системах для защиты сети от последствий вме
шательства пользователей при некорректном подключении применяется гальвани
ческая развязка линий передачи данных. Этот же способ используется для защить1
оборудования при отказах в работе аппаратной части в линиях с интерфейсом EIA-
232D, связывающих, например, медицинскую аппараrуру, осуществляющую на
блюдение за состоянием пациеIПа, регистраторы данных и управляющие ЭВМ.
Причем гальваническая развязка не rолько обеспечивает безопасность, но и спо
собна улучшить характеристики системы в целом.
Так, на линии, связывающие по интерфейсу EIA-232D компьютер в одном зда
нии и терминалы в другом, могут влиять шумы токов заземления, возникающие
из-за разницы потенциалов точек заземления зданий (что чаще всего и бывает).
Зту проблему может решить гальваническая развязка с напряжением изоляции
100 В. Иногда при размещении устройств в промышленной зоне Требуется галь
ваническая развязка с напряжением изоляции 1500 В и более.
Передача цифровых данных по линиям с гальванической развязкой обычно свя
зана с применением трансформаторов и оптронов (см. рис. З.ба). Трансформатор
обеспечивает подачу питания на другую сторону изолирующего барьера, а оптро
ны - передачу данных через барьер. Однако при эrом возникают некоторые про
блемы. Светодиоды оптронов (особенно высокоскоростных) требуют большего
тока, чем могут обеспечить обычные логические схемы. В результате приходится
подключать выходы ИС параллельно или добавлять буферные ИС. Кроме rого,
изолированный источник питания должен быть довольно большим, так как стан
дарruым микросхемам интерфейса EIA-232D необходимо, кроме подачи напряже
ния питания +5 В, еще и ±12 В.
(!!] СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Один из вариантов решс1шя этих проблем - применение комплектов интерфейс
ных ИС МАХ250/251 (рис. З.6а). Эти микросхемы содержат два передатчика
EIA-232D и соответственно два приемника, схему для получения изолирован
ных питающих напряжений из основного (неизолировашюrо) источника пита
ния +5 В и цепи сопряжения с внешними оптронами для приема/передачи сиг
налов.
Остается только обеспечить подачу питания, установить изолирующий транс
форматор с коэффициентом трансформации 1:1 и несколько пассивных элемен
тов, чтобы организовать двойной приемопередающий порт по стандарту EIA-232D
с ГdЛЬВанической развязкой.
Альтернативное решение - применение только одной И С для организации интер
фейса, например МАХ252 (рис. 3.66). Здесь вес необходимые элементы интерфейса
размещены в стандартном 40-выводном корпусе DIP, кроме того, ИС обеспечивает
гальваническую развязку линии передачи с напряжением изоляции 1500 В.
3.4 . Сравнение стандартов на интерфейсы
В табл. 3.2 представлены сравнительные характеристики интерфейсов по стандар
там EIA-232D, ЕIА-42ЗА, EIA-422A, RS-485.
Таблица 3.2. Сравнительные характеристики интерфейсов
EIA-2320
ЕIА-42ЗА
EIA-422A
RS-485
Режим работы
Передача данных Передача данных Передача данных Передача данных
между двумя
между двумя
между несколькими между несколькими
устройствами
устройствами
устройствами
устройствами
Допустимое количество
1 передатчик,
1 передатчик,
1 передатчик,
32 передатчика,
передатчиков и приемников 1 приемник
1 приемник
10 приемников
32 приемника
на линию передачи данных
Максимальная длина кабеля Зависит от
4000 футов
4000футов
4000футов
нагрузки
Максимальная скорость
20 Кбит/с
100 Кбит/с
10 Мбит/с
10 Мбит/с
передачи данных
Диапазон выходного сигнала
нагруженного передатчика:
минимальный
±5В
±3,бВ
±2В
±1,5 в
максимальный
±15 в
±5,4 в
±5В
±5В
Максимальный ток короткого 50Омд
15Омд
150мд
250мА
замыкания передатчика
Нагрузочное сопротиаление 3-7 кОм
4500м
1000м
540м
передатчика
Мгновенное значение
< 30 В/мкс
скорости нарастания
напряжения
Чувствительность входа
приемника
±3в
±200 мВ
±200 мВ
±200 мВ
Минимальное вхоДНое
сопротивление приемника 3-7 кОм
4к0м
4к0м
12к0м
Диапазон входного
сигнала приемника
±25 в
±12 в
±78
От-7 до +12 В
ПРОВЕРКА И ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС (!!]
IN4141
о) +SV----------.
Входы {
пл;кмоn
s т21м
Сигналы
управления
6)
9 R1ouт
ll11н 10
~-R2_1W-+-!I-} :s~
llТRI 1
1 8УР
ISOGND 14
1J.1f
~йвариакт-
- оптрон6N13~ ВУР
LDR
~
GND
Dllf
GND
.
1:1
1 --~---------~~~~
1
1
+1
==;=s
1
~
1
*1
1
1
Изолирующий
барьер
Рис. 3.6 . Орrанизация интерфейса по стандарту EIA-2320 с гальванической развязкой:
ol применение комплектов интерфе~сных ИС МАУ.250/251; бj структурная схема ИС МАУ.252
3.5. Проверка и поиск неисправностей интерфейсных ИС
Наиболее удобный способ контроля работоспособности интерфейсных ИС в дей
ствующих устройствах - проверка выполнения ими основных функний. Если ИС
не может их выполнить, значит, она неисправна. Конечно, предполагается, что вы
4 Зак. 7ЗЗ
(!!] СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
проверили все напряжения, поступающие на схему, и правильность подключения
заземления (как указано в главе 1), а также убедились в исправности внешних
компонентов (особенно проводных соединений!). После контроля работоспособ
ности проверяются все необходимые характеристики ИС. В следующих разделах
описаны наиболее важные параметры интерфейсных ИС.
3.б. Проверка работоспособности
На рис. 3.7 и 3.8 показаны типовая схема включения и расположение выводов ИС
МАХ220. Эта микросхема обеспечивает интерфейс по стандарту EIA-232D (передат
чик/приемник) и имеет напряжение питания +5 В. Она подходит для использования
в системах, разработанных в соответствии с Рекомендациями V.28/Y.24. Чтобы про
верить работоспособность ИС, сравните формы сигналов на входах и выходах всех
четырех каналов. Теоретически они должны быть идентичны, за исключением воз
можных задержек. На рис. 3.9 и 3.10 показаны примеры определения задержки сиrnа
ловдля передатчиков и приемников. Например, для приемника ИС МАХ220 OIOI обыч
но составляют 0,6 мкс (максимум 3 мкс), для передатчика - 4 мкс (максимум 10 мкс).
Если в одном или нескольких (но не во всех) каналах выходной сигнал отсут
ствует, искажен или имеет чрезмерную задержку, возможно, ИС неисправна. Если
сиmалы не соответствуют норме на выходах всех четырех каналов и на 16-м вы
воде имеется напряжение +5 В, проверьте все четыре конденсатора (с С1 по С4).
Они используются в схемах удвоения и инвертирования напряжения питания ИС.
Если конденсаторы исправны, напряжение питания +5 В подведено к ИС, но сиг
налы на выходе одного или всех каналов не соответствуют норме, то, скорее всего,
неисправна микросхема.
С1+
У+
С1·
R1our
,,"
Т21м
Рис. 3.7. Расположение
выводов ИС МАХ220
{корпус DIP/SO), вид сверху
С1
4.7uF
+ОУ
С2
4.7Jlf
+11V
11
С1+
Vc:c
V+2
+1'8'
Удвоитель напряжения
+5Vв+10V
С1·
С2+ Преобразоватепь у. 1 -1'8 '
. sv +~~v
ч;~
-
Т1our 14 )
Выходы
Т2м 7 RS-232
(
12 R1our
Выходы
ТТЛ}КМОП
t R2ouт
Рис. 3.8. Типовая схема включения ИС МАХ220
1wf
1
:
1.
!
У+
-
1 1----1r=:
'1U1Т ---- ---- -- 1. - 1N .t
Рис. 3.9. Определение задержки сигнала
-..ередатчика
ПРОВЕРКА РА&ОТОСПОСО&НОСТИ (!!]
1'-·- ~
Вход W "."•••• М
1
1:
Yt
Выход ·+··· :.. -
..i"".. "
-
; ~ _____. . . ,:J,"~.:". Земт1
ii
l/ltu
:
:
i ll'Ull
-. u ___...
.._
-
:.... - ц
Рис. 3.10. Определение задержки сигнала
приемника
3.6 .1 . Проверка работы в режимах разрешения/запрета и отключения
рис. З.11 и З.12 показаны типовая схема включения и расположение выводов
С МАХ242. Эта микросхема подобна ИС МАХ220. Однако отличается воз
жностью разрешения или запрещения работы приемных каналов, а также полно
отключения всех четырех каналов при помощи внешних сигналов. На рис. 3.13
3.14 представлены схемы проверки режимов разрешения/запрета (для прием
х каналов) и отключения (для передающих каналов), а также формы соответ
ующих сигналов.
+5VВХDД
CJ
17
Усе
3
•10V
С1
Удвоитель ~ия v.
+5Vв+ OV
С2
Преобраэоеатепь
1 ·10У
+~V
у.
~С4
•!N
SНDN
-
-с
1111
11оuт
'}-
• 'IJ
GND
ПЛ}КМОП
-
8 RS-232
11оuт
11 12*
Т2оuт
А111
(°
ll'IOUТ
А111
:·1~
1111
Выходы
511
ПЛjl(МОП
10 R2о.Л
R2ll
ЕН
511
18-
SНDN
Рис. 3.11 . Расположение
выводов ИС МАХ242
(корпус DIP/SO), вид сверху
Рис. 3.12. Типовая схема включения ИС МАХ242
3.6 .2. Проверка тока потребления в режиме отключения
На рис. 3.15 показана схема проверки тока потребления в режиме отключения для
ИС МАХ230/35/36. В данном случае этот ток измеряется на выводе Vcc' куда по
дается напряжение питания. Для рассматриваемых ИС ток потребления в режиме
отключения обычно равен 1 мкА (максимум 10 мкА).
l100 \ СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
EN~_RxO~"~~ __
RxlN~~ Vcc- 'N
А. Схема проверки
150pf
ЕЬод EN ..,
1
-..,.,,,.., -
(разрешение)
rN сигналов приемника
·
1
после подачи
41
~
... .... .~.
~сигнала разрешения
Выходы приемника
:
Vон
Время задержки
,..... _ __
вых од ног о си гнала
r•••
·-"
Ei. Временныедиаrраммы ~-··:
·-·
V+ --~-.
передатчика после подачи
Выходы
передатчика
сигнала ОООIIОЧеНИЯ
при подаче сигнала
::
VQL
разрешения
::
V·
---!---_.
....---..зv___ Di
EN ___rN--11
,
Время задержки выходного А. Временная диаграмuа
Вход
(запрет)
•
сиПiЭ.Ла приемника
.....,
~ после подачи
Vон ~·
:
сигналазалрета
: • '-·····
Voн-0.5V
Выходы приемника
:
Vtc- 'N
-
--· ·--
~.o.sv
V111.
:
10RD
I~
3k
В. Временные диаграммы при :
подаче сигнала запрета
:
Б. Схема пJЮЩЖИ
Рис. 3.13. Проверка ре.жимов разрешения/
запрета для приемных каналов
Рис. 3.14. Проверка ре.жима отключения
для передающих каналов
3.6.3. Проверка скорости нарастания выходного напряжения
при переключении
На рис. 3.16 и 3.17 показаны схемы измерения скорости нарастания выходного
напряжения при переключении для ИС МАХ200/11/13 (о скорости нараста
lстп.
·5V----=------t..,_,
CI•
...МАХf...М
с1- МАХ2ЗО
CZ• МАХ2З5 v-
МАХ2Зб
CZ- •5V
МАХ240
400
МАХ241
Т1••!1
Таuт
:{-
5V --~--'
."у
Рис. 3.15. Схема измерения тока
потребления в режиме отключения
ния выходного напряжения более подробно
рассказывается в главе 6). Для рассматривае
мых ИС скорость нарастания выходного на
пряжения обычно равна 5,5 В/мкс (максимум
30 В/мкс).
3.6 .4 . Проверка в режиме замкнутой петли
зю На рис. 3.18 приведена схема проверки И С
МАХ3241 в режиме замкнутой петли (С 1 - С4 =
= О, 1 мкФ). Результаты проверки для скоростей
120 и 240 Кбит/с показаны соответственно на
рис. 3.19 и 3.20. Отметим, что сигнал подается на
вход передатчика и формы сигналов наблюда-
ются как на его выходе (соединенном с входом
приемника}, так и на выходе приемника.
Усе
+
С1
+
С2
гu
Рис. 3. 16. Схема измерения
минимальной скоросrи нарасrания
выходного напряжения
+
0.1., .FT
С1+
V+
+сэ
С1·
т
..МАХl..М
С2+
МАХЗ241
у.
С4
С2·
~
T_IN
т_оот
ILIN
av---fN
__ __
I 1CXQf
Усе
GND
3.7. Описание интерфейсных ИС
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС [!О!)
Рис. 3.17. Схема измерения
максимальной скорости нарасrания
выходного напряжения
Рис. 3.18. Схема проверки ИС МАХЗ24 l
в режиме замкнутой петл11
3.7 .1 . Передача данных по стандарту RS-485/422 с гальванической развязкой
На рис. 3.21 приведена типовая схема включения, а в табл. 3.3 - величины внеш
них резисторов для ИС МАХ1480А/В. Эти микросхемы представляют собой
функционально законченные устройства для передачи данных по стандарту RS-485/
422 с гальванической развязкой. Вес необходимые элементы интерфейса ( приемо
передатчики, оптроны, трансформатор и др.) размещены в одном 28-выводном кор
пусе. В табл. 3.4 показано назначение выводов ИС МАХ1480А/В, а в табл. 3.5
и 3.6 - состояние выходов при различных значениях входных и управляющих сиг
налов соответственно для режимов передачи и приема.
l102 I СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
....~-.- :. .......:...
.
-
-
-
·· ····· ······ ······ ··
5 μs/д,en.
Uлит. =З,З V, 120 l<ЬiVs
Рис. 3.19. Осциллограммы 01гнолов в режиме
замкнутой петли при скорости передачи
120Кбит/с
.... : ....:....:....: ...
2μs/~.
Uлит." З.З V, 240 l<ЬiVs
Рис. 3.20. Осциллограммы сигналов в режиме
замкнутой петли при скорости передачи
240 Кбит/с
Передатчики ИС МАХ1480В имеют пониженную скорость нарастания выходно
го напряжения, что позволяет снизить электромагнитные наводки (EMI) и умень
шить отражение сигнала из-за несогласованных на концах кабелей. Это обеспечива
ет уверенную передачу данных на скоростях до 250 Кбит/с. Скорость нарастания
выходного напряжения ИС МАХ1480А не ограничена, что позволяет осуществ
лять передачу данных на скоростях до 2,5 Мбит/с. Ток потребления в состоянии
покоя для микросхем МАХ1480А/В равен 28 мА. В режиме отключения ИС
МАХ1480В потребляет только 0,2 мкА. Передатчики имеют ограничение выход
ного тока в случае короткого замыкания на выходе, а также защищены от перегре
ва (при чрезмерном увеличении рассеиваемой мощности) теплочувствительной
Иэоnмру1О1Ц11А бврьер
Рис. 3.21. Типовая схема включения ИС МАХ1480А/В
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ис l1oз I
схемой отключения. При превышении рабочей температуры эта схема переводит
их выходы в высокоимпедансное состояние. Приемник выполнен так, что гаран
тируется состояние высокого логического уровня на выходе, если его вход не под
ключен. Такие МИК}Юсхемы могут выдержать поданное на них напряжение со сред
неквадратическим значением 1600 В в течение 1 мин (2000 В - в течение 1 с). (См.
cMaxim New Releases Data Book)), 1995, р.р. 2-13, 2-15, 2-17.)
lабпица З.З. Значения внешних резисторов для ИС МАХ1480д/В
Тип микросхемы
МАХ1480А
МАХ1480В
R1 (Ом) R2 (Ом) RЗ (Ом) R4 (Ом) R5 (Ом) R6 (Ом)
200
200
360
3k
360
200
200
510
3k
2,2 k
3k
200
Jабпица 3.4. Назначение выводов ИС МАХ 1480д/В
Вывод Обозначение Назначение
1,2
Vce 1
Напряжение питания +5 В (неизолированное). Выводы соединены внутри.
8, 10, 14 VCC'2
3,4
D1,D2
5, 12
GND
6
FS
7
SD
9
DI
11
DE
13
15
ISOAOLED
16,20 ISOGND
Соедините с VCC'2 для нормальной работы
Непряжение питания +5 В (неизолированное). Выводы должны быть соеди
нены вместе (внутреннего соединения нет). Соедините с Vсе 1 для нормаль
ной работы
Имеют внутренние соединения. Оставьте эти выводы неподключенными
·Земля• (неизолированная). Выводы должны быть соединены вместе (внут
ренней связи нет)
Установка частоты генератора внутреннего праобразователя напряжения.
Если вывод FS соединен с Vсе или не подключен, то частота равна 350 кГц,
если вывод FS заземлен - 200 кГц
Вход сигнала отключения. Для нормальной работы следует заземлить. При
подаче сигнала высокого логического уровня генератор преобразователя
напряжения отключается
Вход передатчика. Если на DE' высокий уровень напряжения, то низкий уро
вень на DI' устанааливает выход А в состояние низкого уровня, а выход В -
в состояние высокого уровня. Соответственно высокий уровень на DI' уста
навливает выходы А и В в состояния высокого и низкого уровня. Вывод со
единен с катодом внутреннего светодиода через резистор
Вход сигнала включения передатчика. Если на DE' -
высокий уровень на
пряжения, выходы А и В передатчика включены; если низкий уровень - вы
ходы передатчика находятся в состоянии высокого входного сопротивления.
Когда выходы передатчика включены. ИС работает как передатчик линии
связи; когда же они в состоянии высокого входного сопротивления, то мик
росхема может работать как приемник линии связи. Вывод соединен с като
дом внутреннего светодиода через резистор
Выход приемника. Если А > В на 200 мВ, на ~установится низкий уровень
напряжения, а если А < В на 200 мВ - высокий. Выход с открытым коллекто
ром (должен иметь нагрузку, соединенную с Vсе)
Изолированный вывод анода светодиода для передачи сигнала RO. Если
А > В на 200 мВ, вывод ISO АО LED установится в состояние низкого уров
ня, а если А < В на 200 мВ - высокого. Сигнал управления подается на анод
внутреннего светодиода чераз разистор
Изолированная •земля•. Выводы должны быть соединены вместе (внутрен
ней связи нет)
l104 J СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Табпица 3.4. Назначение выводов ИС MAXl 480А/В (окончание!
Вывод Обозначение Назначение
17
ISO DE DRV
Изолированный выход сигнала DE. Если на DE' - в ы со ки й уровен ь напряж е
ния, выходы А и В передатчика включены: если низкий уровень - выходы пе
редатчика находятся в состоянии высокого входного сопротивления. Когда
выходы передатчика включены, то ИС функционирует как передатчик линии
связи: когда же они в состоянии высокого входного сопротивления, то мик
росхема может работать как приемник линии связи. Выход с открытым кол
лектором (должен иметь нагрузку, подключенную к 150 Vcc>: для нормальной
работы его необходимо соединить с выводом ISO DE IN
18, 26
150 Vcc
Изолированное напряжение питания. Выводы должны быть соединены вме
сте (внутреннего соединения нет)
19
150 DI DRV
Изолированный выход сигнала DI. Если на DE' - вы со ки й уровень напря же
ния, то низкий уровень на DI' устанавливает выход А в состояние низкого
уровня, а выход В - в состояние высокого уровня. Соответственно высокий
уровень на DI' устанавливает выходы А и В в состояния высокого и низкого
уровня. Выход с открытым коллектором (должен иметь нагрузку, подклю
ченную к 150 Vcc): для нормальной работы его необходимо соединить с вы
водом 150 DI IN
21
150 DE IN
Изолированный аход сигнала DE. Для нормальной работы соедините с вы
водом 150 DE DRV
22
150 DI IN
Изолированный аход сигнала DI. Для нормальной работы соедините с выво
дом ISO DI DRV
23
А
Неинвертированный выход передатчика/неинвертированный вход приемника
24
150 RO DRV
Изолированный выход сигнала RO. Для нормальной работы соедините с вы
водом 150 RO LED через резистор.
25
В
Инвертированный выход передатчика/инвертированный вход приемника
27, 28
АС2, АС1
Имеют внутранние соединения. Оставьте эти выводы неподключенными
Табпица 3.5 . Состояние выходов при различных значениях входных и управляющих сигналов
в режиме передачи
Состояние входов
DE•
о
DP
1
о
Любое
в
о
Состояние выходов
А
1
о
Высокое выходное сопротивление Высокое выходное сопротивление
Табпица 3.6 . Состояние выхода при различных зн.ачениях входных и управляющих сигналов
в режиме приема
Состояние входов
DE•
о
о
о
А-В
>или= +0,2 в
<или =-0,2 в
Не подключены
Состояние выходов
о
3.7.2. Организация типовой сети обмена данными по стандарту RS-485/ 422
На рис. 3.22 показана схема организации типовой сети обмена данными по стандар
ту RS-485/422 с применением ИС МАХ1480А/В. На рис. 3.23 и 3.24 приведены
схема включения и топология соответствующего фрагмента печатной платы для
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС l 105 1
МАХ1480 (звездочкой обозначены доп()лнительные защитные элементы). Для
уменьшения отражений необходима согласующая нагрузка на обоих концах линии
передачиt равная ее волновому сопротивлениюt причем линия должна быть корот
кой. ИС МАХ1480В с ограничением скорости нарастания выходного напряжения
менее чувствительна к дефектам согласования и неоднородностям основной линии.
(См. ~мaxim New Releases Data Book~, 1995, р.р. 2-19, 2-21.)
1200
А
в
А
А
Изолирующий барьер
+
....I ··""т
Системна!!
·эемтr·
74НС86 мnм аналог
Рис. 3.22 . Схема организации типовой сети обмена данными по стандарту RS-485/422
3.7.3. Приемопередатчики с внешними конденсаторами
с напряжением питания 5 В
Иэолмр
·эемтr·
На рис. 3.25-3.48 приведены типовые схемы включения и расположение выводов
ИС МАХ200-211/213. В табл. 3.7 указаны различия между перечисленными мик
росхемами, в табл. 3.8-3.10- состояние приемников и передатчиков при разных
значениях управляющих сигналов для ИС МАХ200, МАХ205/06/11 и МАХ213.
В табл. 3.11 перечислены значения некоторых параметров интерфейса в соответ
ствии со стандартами EIA/ТIA-232E и V.28. В табл. 3.12 представлена разводка
кабеля DB9, применяемого обычно в асинхронных интерфейсах по стандартам
f106 J СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
1
1
1
.мАХ1А1
ttfAX1No
1
1
1
1
1
1
1
1
Рис. 3.23. Схема включения ИС Mf.:/. 1480
ISO\ta:
11·
11~!:::::1:'~~..._.w.=~~1Pтc1•10--
DE
RO
Сж:темttак ·эемпя·
RS-•вr» &.}Вых.
'8._....,_.-\ РТС2• \0--
Рис. 3.24. Фрагмент топологии печатной плоты для ИС MPJ.1480
EIA(ГIA-232E и V.24. Все эти микросхемы разработаны для применения в интер
фейсах RS-232 и V.28 при отсутствии внешних питающих напряжений ±12 В. На
рис. 3.49 изображен внутренний преобразователь напряжения питания +5 В в на
пряжение ± 10 В, обеспечивающий получение уровней выходных сигналов, со
ответствующих стандарту RS-232. Микросхемы МАХ201 и МАХ209, для которых
необходимы напряжения питания +5 и+ 12 В,\\.\\е.~\. ~\\.1~~\\.\\.~~\\.~~~~~а:\~~о.~~1\.~
'\\'d1'i'~'J1t~1111Я +\~ ~ в -\2 'В. Передатчики и приемники этих микросхем отвечают
всем требованиям стандартов ЕIА(ПА-2З2Е и V.28 П\)И скщюс-rях. u.e .\)e.J1. 'd.\.\.\\ J1.'d .\\-
ных до 20 Кбит/с. Передатчики всех микросхем (за исключением МАХ202/203),
нагруженные в соответствии со стандартом, обеспечивают выходные сиrnалы по
EIA(ГIA-232E на уровне ±5 В при скоростях передачи данных не менее 120 Кбит/с.
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС l101 j
Для экономии энергии микросхемы МАХ200/205/206/211 имеют режим отклю
чения с потреблением мощности всего 5 мкВт. В И С МАХ213 используется актив
ный низкий уровень сигнала отключения и активный высокий уровень сигнала
разрешения работы приемника. В этой ИС два приемника всеrда активныt что по
зюляет отслеживать поступление сигнала вызова звонка (RI) при потреблении мощ
носm всего 75 мкВт. (См. •Maxim New Releases Data Book~, 1995, р.р. 2-23, 2-28...2-40.)
Рис. 3.25. Расположение
выводов ИС МАХ200
(корпус DIP/SO), вид сверху
80
Рис. 3.27 . Расположение
выводов ИС МАХ20 l,
вид сверху
Входы
ПЛ/КМОП
....
Рис. 3.26. Типовая схема включения ИС МАХ200
твmд
oт+9V,.,+12V
о.~
.....
•
13 (15)
1С+
Vct
(18)
2С·
Преобраэоватепь
напряжения +12Vв·12V
У-3 С2
~~~
Рис. 3.28. Тиnовоя схема включения ИС МАХ20 l
(номера в скобках для корпуса 50)
l1oa I СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
С1+
•
Усе
V+
GNo
A4AXIAt
МАХ2а2
С2+
R111
С2-
R1ouт
Т181
Т28с
Рис. 3.29" Расположение
выводов ИС МАХ202
(корпус DIP /SO/WIDE
SO}, вид сверху
С2-
С2+
V+(C1-t
СНС1+)
V·(C2+)
С2+[С2·)
Рис. 3.31. Расположение
выводов ИС МАХ203
l~cpn~c DIP/SO), вид све~у_
С1+
\/tc
Удвоитель
С1- налряжеНИ11 +5 V в +10 V
V+
С2+ Преобраэоватеnь v-
C2- f!а11р!!Ж8НМ11 +10 vв -10 v
+10У
6 -10У
0.1uf
~1W
nouт 14
Рис. 3.30 . Типовая схема включения
ИСМАХ202
+&/ВХОД
0.1.и~
7
Усе
-спл;кмоп 1 Т28с
-{'
R1ouт
ТП1/КМОП 8J 112оuТ
GND
GNo
6
8
nouт 5
Т2our }-
18 RS-232
R111
}~
511
" 211( 111 RS-232
511
С2+
11 (12)
С2+
1!t
С2- 16
С2-
10 (11)
Рис. З.32. Типовая схема включения ИС МАХ203
(номера в скобках для корпуса so~ --- --- --
Рмс.3.33.Расnопожение
выводов ИС МАХ204
(корпус DIP/50), вид
сверху
r40uт ,
ТЭаuт
пм
Т2М 4
пw
Рис.3.35. Расположение
выводов ИС МАХ205
(кopny~_DIP), вид свер~у_
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС f 109 j
о.~
Входы
ПЛJt(МОП
.еlвход
о.~
6
Vct
Удвоитель нanpAJ:et11111 V+
+5Vв+10V
GND
=5
Рис. 3.34. Типовая схема включения
ИСМАХ204
Входы
15 1311
ТТЛ/КМОП
16 1"4!м
22 151м
19
9
10
Выl!ОДЬI
24
ПЛ/КМОП
18
0.1Jlf
6~
Выl!ОДЬI
RS-232
Выl!ОДЬI
RS-232
Входы
RS-232
Рис. 3.36 . Тиnовая схема включения ИС МАХ205
l110 j СХЕМЫ ИНПРФЕЙСА
0.1).lf
&ЗУ
'
1Ъt
18 тз..
19 Т41м
v~
Удвомтеnь
Н8!рD8НИ11 +5 v1 +10 v
Прео(Jраэоватепь
Н8!рD8НИ11 +10У 1-10V
0.18Jf
11+&ЗУ
V+
15
v-
nour 2
ТЗОUт 1
Т40uт 24
lt111 4
~а.~
8Ь1ХОДЬ1
FIS-232
Входw
FIS-232
511
21
SНDN
Рис. 3.37. Распопожение
выводов ИС МАХ206
(корпус DIP/SO}, вид сверху Рис. 3.38. Типовая схема включения ИС МАХ206
Та6nица 3.7 . Основные параметры ИС МАХ200-209/211/213
Тип
МАХ200
МАХ201
МАХ202
1 Коn-во
1 Режим низкоrо
коn-во
1 активных Кол-во
nотребления
Нвnряже-
Коn-во
ние
передат- приемни- nриемни- внешних энерrии при
чиkов
ков в ре- емкостей'отключенииnтл
питания
ков RS-232·
/
'1••'
RS-232
1 жиме от- (О,1 μF)
с тремя
' ключениR
СОСТОRНИRМИ
О
1
О
4
1
1J11/нет
2
1
О
2
1
нет/нет
;+5В
1
5
'+5виот+9J 2
ДО +13,~ В_ ----
+5В
1
2
-
22~---~j! - О
4-
tl -- ·--
нет/нет
МАХ20З : +5 В
2
О
нет
нет/нет
МАХ204 :~;+5 В ___ . i
__
4
О
4
1
_
нет/нет
МАХ205 ·+5 В
\
5
О
нет 1 да/да
=:~ --~:~ :----1- -}-- ··-- ~--1-- ~ ------ :--т ··- н:~:т------·-
::а: ,:::мот+~--~-~- :· -·--1 -- - ~ ----·~-t- --· ::~:
МАХ211 -+:~;~з,2_В -t- 4
5 -j-o
---
4 t-- да/да
МАХ213 +5 В
4
5
2
4
да/да
Рис. 3.39. Распопожение
выводов ИС МАХ207 (корпус
Cl.1)1F
ш
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС (Ш]
11 1211
21 Т51N
s Rtaur
17 R3Quy
~а,)Д
CI.~ ..,•..-------..
Усе
УД11ОК1811.
Н1q11аС811М11 +5 v• +10 v
У+ 11
v-
Т3оuт 1
Т4оuт 24
Т5our 20
hl4
511
23
511
111
511
Cl.1)1F
•ш
~
RS-232
Входы
RS-232
DIP/SO/SSOP), вид сверху
Рис. 3.40. Типовая схема включения ИС МАХ207
Та&lмца 3.8 . Состояние приемников и передатчиков при различных значениях управляющих сигналов
для ИС МАХ200
Oncn. (SНDN)
о
Режим работы
Рабочий
Отключение
Передатчики Т1 - Т5
Все активны
Все в состоянии высокого выходного сопротивления
Табпица 3.9 . Состояние приемников и передатчиков при различных значениях управляющих
сигналов для ИС MAX205/206/2 l l
Откл. Раэреwение Режим
Передатчики Т1 - TS
Приемники R1 - R5
(SHDN)
(ER)
работы
о
о
Норма
Все вктивны
Все активны
о
Нормв
Все активны
Все в состоянии высокого
выходного
сопротивления
о
Отключен
Все в состоянии высокого
Все в состоянии высокого
выходного сопротивления
выходного сопротивления
Ш!1 СХЕМЫ ИНПРФЕЙСА
~вщц
~~+
Усе
~1)1F
10
11+6ЗV
о~
Удвоитель
У+
наnряжеttМА +5Vв+10V
o.1't
15
v-
~~
~fi
Т1оvт 2
18 1'2JN
' J2ouJ 1
Входы
Выходы
ТТЛ/КМОО
19 тз.~
Т3оuт 24
RS-232
21 т~
Т4М 20
6 111м
111111
4 112оuт
8ЫХQАЫ
~
Входы
GIO
Пл,n100
RS-232
22 RЭм
2З
~
17 R4our
R4JN 16
~
Рис. 3.41. Расnоложение
выводов ИС МАХ208
(корnус DIP/SO), вид сверху Рис. 3.42. Тиnовая схема включения ИС МАХ208
Таблица 3.10. Состояние nриемников и nередатчиков nри различных значениях уnравnяющих сигналов
для ИС МАХ21 З
Откл. Разреwение Режим Передатчики
Приемники
Приемники
(S'Ri5N}
(EN}
работь.1
Т1 -Т4
R1 -RЗ
R4,R5
о
о
Отключен Все в состоянии
Высокое входное Высокое входное
высокого выходного сопротивление
сопротивление
сопротивления
о
Отключен Все в состоянии
Высокое входное Активны *
высокого выходного сопротивление
сопротивления
о
Рабочий Все активны
Высокое входное Высокое входное
сопротивление
сопротивление
Рабочий Все активны
Активны
Активны
Примечание к тебп. * - активны, со сниженными характеристиками.
Рис. 3.43. Расположение
выводов ИС МАХ209
(корпус DIP/SO), вид сверху
ОПИСАНИЕ ИНПРФЕЙСНЫХ ИС (!!!]
9V·1З.2V
tSiвход
N'\JТ
11.~= + 4
С.
Усе
V+
О.~
ПреобраэоеатеJ1ь
С- наnряr;енмя +tov11-1ov
~{_:_n_"___ -i
8
v-
:: }~~
ТЭоuт 13
Рис. 3.44 . Типовая схема включения ИС МАХ209
Таблица 3.11. Сравнение параметров интерфейсов по стандартам EIA/ТIA-232E, V.28
Параметр
Выходное напряжение передатчика:
уровень О
уровень 1
Максимальный выходной уровень
Скорость передачи данных
Входное напряжение приемника:
уровень О
уровень 1
Максимальный входной уровень
Максимальная мгновенная
скорость нарастания напряжения
Максимальный ток короткого
замыкания передатчика
Время переключения
Выходное сопротивление
передатчика
Условия измерения
Стандарты EIA/ТIA-232E 1
МККТТV.28
Нагрузка 3-7 кОм
От+5до +15В
Нагрузка 3-7 кОм
От-5до
-15В
Без нагрузки
±25 В
Ан=отЗдо7кОм,Сн<2500пФ До20Кбит/с
От+Здо+15 В
От-Здо-15 В
±258
Ан=отЗдо7кОм,Сн<2500пФ 30В/мкс
МККТТV.28
Еlд/ТIА-232Е
-2В<Vвых<+2В
100мА
1 мс, или 3% длительности периода
4% длительности периода
зооом
l114 j СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
о.~
Входы
ТТЛ/КМОП
.WSЩQ
о.~•....________
11
Vcc
13 •OJF
УД8О1Пе11Ь
V+
8
напраенми +5 Vв +10 v
У- 17
~~еУ
~
RS-232
Входы
RS-232
Рис. 3.45. Расположение
выводов ИС МАХ211
(корпус SO /SSOP}, вид
сверху
Рис. 3.46. Типовая схема включения ИС М/\Х211
Табnмца 3.12. Разводка кабеля DB9 с двойной оплеткой, применяемоrо обычно в асинхронных
интерфейсах по стандартам EIA/ТIA-232E, V.28
Вывод
2
з
4
5
6
7
8
9
Соединение
Сигнал обнаружения данных на линии,
иногда называемый сигналом
обtiаружения несущей (ОСО)
nрием данных (RD)
nередача данных (ТО)
Готовность к приему данных (DTR)
Сигнальная•земля•
Готовность к передаче данных (DSR)
Запрос на передачу данных (RТS)
Готовность к передача данных (CTS)
Индикатор вызова (звонка)
сигнал от ОСЕ
Данные от коммуникационного оtХ>рудования (ОСЕ)
Данные от терминального оборудования (DTE)
nодтверждение от DTE
Общийвыеод
Подтверждение от ОСЕ
Запрос от DTE
nодтверждение от DCE
Сигнал от ОСЕ
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ~
• • De:IOIМ8011UI •• мтивны
Рис. 3.47 . Расположение
выводов ИС МАХ21 З
(корлус SO/SSOP), вид
сверху
входы
П11/kМОП
ВЫХQQЫ
П11J1(МОП
Рис. 3.48. Типовая схема включения
ИСМАХ213
Rt. ·
.Земм.
1 о---е----е-- у.
S8:
1
1
1
1
1
1
1
t---------i-------------------L--------~
2СО1Нz 1
:
:
~·
1
1
Рис. 3.49. Внутренний преобразовотель напряжения питания +5 В в ± 1О В для получения уровней
выходных сигналов, соответствующих стандарту RS-232
3.7 .4. Приемопередатчики с защитой от электростатического разряда
На рис. 3.50-3 .52 показаны типовая схема включения и расположение выводов
ИС МАХ202Е/232Е. На рис. 3.53 и 3.54 представлены расположение выводов
и типовая схема включения ИС МАХ211Е/213Е/241Е (данные в скобках только для
МАХ213Е). Эти микросхемы предназначены для использования в сложных услови
ях эксплуатации, тем не менее требования стандартов EIA(ГIA-232E ~ыполнены
ln!J СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.50. Расположение
выводов ИС МАХ202Е/232Е
!корпус DIP /SO), вид сверху
С1- 4
С2+ 5
N.C. 11
С2- ,
у.8
МАХl.М
llAX2!2E
0.1flfф
С1+
Усе
v.2
+11N
YДllOlfТenь
С1- напрвения+5Ув+10V
С2+
у.
-llN
~ь
~~у
С2- налрае11МЯ +10 Vв-10 V
f1out 14
Входы
} Выходы
пл;кмоп \.•~~.;._---1·12~---nм-+-7--.. RS·232
.
.---.--.....-} =
GND
Рис. 3.51. Типовая схема включения ИС МАХ202Е/232Е
Примечание к рис. * - для МАХ2З2Е - 1,0 мкФ.
Выводы указаны только для корпуса DIP/SO.
18 Т10UТ
17 1111N
111 N.C.
15 RIOUТ
14 T11N
Рис. 3.52. Расположение контактов
ИС МАХ232Е в безвыводном
корпусе !корпус LCC}, вид сверху
Рис. 3.53. Расположение выводов
ИС МАХ211 Е/21 ЗЕ/241 Е
в корпусе SO/SSOP, вид сверху
полностью. Все выходы передатчиков и входы приемников данных микросхем за
щищены от возможного электростатического разряда с напряжением ±15 кВ. (См.
~Maxim New Releases Data Book~, 1995, р.р. 2-54, 2-55 .)
3.7.5. Программируемый
.1риемопередатчик DTE/DCE
На рис. 3.55 приведена типовая схема вклю
чения, а в табл. 3.13 - назначение выводов
;1с МАХ214. В табл. 3.14-3 .15 показано
соответствие выводов микросхемы сигна-
1ам интерфейса RS-232 в различных ре
жимах, а в табл. 3.16-режимы работы ИС
\1АХ214 при различных значениях управ
~яющих сиmалов. На рис. 3.56 представле
ны осциллограммы сигналов на выходе
передатчика после окончании сигнала от
к.J1ючения. В этих ИС имеется возможность
программного выбора режима работы в ка
честве порта терминального оборудования
(DTE) или коммуникационного оборудова
ния (DCE) в соответствии с интерфейсом
RS-232. Выбор режима DTE/DCE осуществ-
1Яется подачей кома~щы DTE/DCE на вы
вод 21 микросхе~ы МАХ214. Такие ИС
позволяют отказаться от переключения
кабелей при изменении конфигурации обо
рудования от DTE к DCE и наоборот.
(См. ~Maxim New Releases Data Вооk~, 1995,
р.р. 2-69, 2-70, 2-72 .. .2-74 .)
3.7.6. Двойной приемопередатчик
с напряжением питания +1,8 ... +4,25 В
На рис. 3.57 показана типовая схема вклю
чения ИС МАХ218 с использованием од
ного источника питания, а на рис. 3.58 -
с использованием как стабилизированно
го, так и нестабилизированного источни-
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС (!!!]
Входы
пл;кмоn
ВЫходы
пл;кмоn
22 1Моuт
1!1 ll5our
24 ЁN(EN)
t5Увход
0.1pF"
11.ЗV
..,____--! +
V+ 121
ТЭОUr 1
T4out 28
SIDt-(SltDN) 25
GNo
10
0.1pF"
t&V
~
выходы
RS-232
Входы
RS-232
ка питания. В табл. 3.17 приведено на- Рис.3.54. Типовая схема включения
значение выводов микросхемы МАХ218, ИСМАХ211Е/21ЗЕ/241Е
в табл. 3.18- перечень рекомендуемых про-
изводителей схемных элементов. Этим мик- Примечание"рис.* - для МАХ241Е - 1,0 мкФ.
росхемам требуются всего два щелочных
(NiCd или NiMH) элемента питания, чтобы обеспечить все требования стандартов
EIA/ТIA-232E и V.28/V.24. Необходимые по EIA/ТIA-232E и RS-232 уровни вы
ходных напряжений поддерживаются при изменении напряжения первичного
источника питания в пределах от +1,8 до +4,25 В. Ток потребления в режиме от
ключения равен 1 мкА. Приемники могут включаться и отключаться при помо
щи логических сигналов управления. В табл. 3.19 приведены режимы работы ИС
Ш!) СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
7
•
ВЫсос.
~
RDC
l'C1
(ОП)
RDfC
МАХIМ
MAX21f
RE
llRE
Hl-Z SНDN DTEJDCE
1
28
21
•
10
20
19
11
17
11
12
1
2
7
•
11
4
•
1
1
Сrандартны11 13бе11. RS-232
ТхО
1
RxD
2
RTS
1
стs
•
ОТR
11
4
осо
'"
•
'
/
Разъемы dJe/111
009
•
10
20
11
11
11
12
К2
(ОСЕ)
.NIAXIМ
MAX21f
-
RE
Hl-Z SНDN DTEJDC(
21
21
•
Выаж.
~
Vcc
------------------------·
•------------------------
Рис. 3.55. Типовая схема включения ИС Ml\l.214 {выводы питания не показаны)
МАХ218 и источников питания при различных значениях управляющих сигналов
(отключения и разрешения/запрета). Гарантируется передача данных со скоростью
до 120 Кбит/с. (См. •Maxim New Releases Data Book~. 1995, р.р. 2-79, 2-80, 2-81, 2-82.)
Табпица 3.13. Назначение выводов ИС M~2 l 4
Вывод Обозначение Назначение
1,2
С2+,С2-
3
Hl-Z
4
N.C .
5,24 ,25 тд,тс. тв
6,8,22,23 RA,RE,RC,RB
7
ROC
Выводы для подключения внешнего конденсатора схемы удвоения преобра
зователя с отрицательным выходным напряжением
Вход сигнала управления входным сопротивлением приемника RS-232. При
подаче сигнала высокого логического уровня внутренний согласующий ре-
зистор (нагрузка на конце линии) отключается
Не подключен (нет внутреннего соединения)
ТТЛ/КМОП входы передатчиков А, С, В
ТТЛ/t<МОП выходы приемников А, Е, С, В
ТТЛ/КМОП выход приемника D в режиме DTE (DП/DCE =О В) или ТТЛ/
КМОП выход приемника С в режиме ОСЕ (ОП/ОСЕ= +5 В)
9. 18, 20 TRA, TRC, ТRВ RS-232 выход передатчика.!..Е.ежиме DTE (DТE/DCE =О В) или RS-232 вход
приемника в режиме ОСЕ (ОП/ОСЕ= +5 В)
10, 17, 19 RTA, АТС, RTB RS-232 вход приемника в режиме ОТЕ(ОП/DСЕ= О В) или RS-232 выход
передатчика в режиме ОСЕ (DTE/OCE = +5 В)
11
12
13
ROTC
RRE
GNO
RS-232 вход приемника D в режиме DTE (ОП/ОСЕ= О В) или RS-232 выход
передатчика С в режиме ОСЕ (DП/DCE = +5 В)
RS-232 вход приемника Е
•Земля•
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС [!!!]
• ~ца 3.13. Назначение выводов ИС MAl.214 (окончаниеl
Вывод Обозначение Назначение
.s
26
28
V-
V+
vcc
DП/DCE
SHDN
С1+, С1-
Отрицательное выходное напряжение схемы удвоения (-2Vr;;c)
Положительное выходное напряжение схемы удвоения (+2Vcc)
Напряжение питания от +4,5 до +5,5 В
Вход сигнала вы~а режима работы ИС: в качестве порта терминального
оборудования (DТЕ) или коммуникационного о«Sорудования (DCE). Режим
DTE - низкий логический уровень, DCE - высокий
Вход сигнала отключения. Нормальная работа - низкий логический уровень,
отключение - высокий
Выводы для подключения внешнего конденсатора схемы удвоения преобра
зователя с положительным выходным напряжением
•-абпмца 3.14 . Соответствие выводов ИС МАУ.214 сигналам интерфейса RS-232 в режиме DTE
ПЛ/КМОП
RS-232
Наличие
аодные/выход-
Выводы
Назначение
Выводы входные/ Контакты порогового
мые сигналы
МАХ214
МАХ214 выходные DB-25
входа
сиrналы
приемника
.;редача данных
5
;>о-
9
TxD
2
"xD)
lрием данных
6
-<r-
10
RxD
з
+
ЧхD)
Запрос на передачу 25
;>о-
20
RTS
4
~ыx(RTS)
отовность
23
- <r-
19
стs
5
передаче
ных(СТS)
отовность
24
;>о-
18
DTR
6
&приему
tsанНЫХ (DTR)
отовность
22
- <r-
17
DSR
20
к передаче
данных (DSR)
смгнал обнаружения 7
- <r-
11
DCD
8
+
месущей (DCD)
Сигнал вызова
индикатор
звонка- RI)
8
- <r-
12
RI
22
+
~абяица 3.15. Соответствие выводов ИС M~2 l 4 сигналам интерфейса RS-232 в режиме DCE
Выводы
Функции Вь1воды Входы/выходы Выводы DB-25 Входной порог
МАХ214
МАХ214
RS-232
5
;>о-
10
RxD
3
6
- <r-
9
TxD
2
+
25
;>о-
19
CTS
5
23
~
20
RTS
4
24
t!t;-
17
DSR
20
11
DCD
8
22
-:$
18
DTR
6
7
8
~
12
RI
22
+
Та6пица 3.16. Режимы работы ИС МАХ214 при различных значениях управляющих сиrналов
Управляющие входь1
SНUТDOWN Hl-Z IПE/DCE ТRA1 TRB1 1RC
Выводь1 RS-232
RТА, RТВ 1 RТС1 RDTC
RRE
+5V
DV
о
о
о
Режим передачи
о
о
1
Режим приема/5 кОм
о
о
Режим передачи
вх.сопр.
о
Режим приема/Вые.
вх.сопр.
о
о
Откл./Выс. вх. conp.
о
Медл. прием/Вые.
вх. conp.
о
Откл./Выс. вх. сопр.
Медл. прием/Вые.
вх. conp.
.
.
.
.
.
.
.. -~· ...........;... .
••• :...
" ••• ".;".
+1DV
_.:......;;.-о+---"!':--~~~:~~ А
..•:•••• " •• "":".
+5У
...............................~.....~.._....-+...-tDV
."~"·-~····~".. ~."
.w
в
- 1DV
.
.
.
.
···г···~····~··· -~·-.
•'-....__.._........._. __
.--·-·---1 с
20рsтм.
Режим приема/5 кОм
Режим передачи
Режим приема/Вые.
Режим передачи
Медл. прием/Вые.
вх. сопр.
Откл./Выс. вх. conp.
Медл. прием/Вые.
вх. сопр.
Откл./Выс. вх. conp.
7 T11N
• Т21N
9 R10UJ
10 R20UТ
EN
Разреw......----~
Режим приема/5 кОм
Режим приема/5 кОм
Режим приема/Вые.
вх. сопр.
Режим приема/Вые.
вх.сопр.
Медл. прием/Вые.
вх. сопр.
Медл. прием/Вые.
в.сопр.
Медл. прием/Вые••
вх. сопр.
Медл. прием/Вые.
вх. сопр.
Т10UТ 14
Т2О11Т 13
R11N 12
R2IN 11
Рис. 3.56. Осциллограммы 0tгналов
на выходе передаrчика после окончания
сигнала отключения
Рис. 3.57. Типовая схема включения ИС ~ 18
с одним источникам питания
Та&пица 3.17 . Назначение выводов ИС МАХ218
Вывод Наименование Функции
1
2
з
LX
REF
Вывод для подключения точки соединения индуктивности и диода
Точка wунrирования внутреннего исючника опорного напряжения. Обыч
но не подклlОЧена. Шунтируется на землю емкостью О, 1 мкФ (включается
между выводами 2 и 5), если напряжение V00 спиwком эаwумлено
Управление режимом отключения. Для нормальной ра6оты вывод соеди
няется с V00. Для отключения источника питания и выключения передаТЧи
ков - заземпите. Этим сигналом состояние приемников не меняется
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС (!!!]
'ra6Jlицa3.17. Назначение выводов ИС МАХ218 lокончание}
Вывод Наименование Функции
4
EN
Управление выходами приемников. Для нормальной работы вывод соеди
няется с VDD" Чтобы установить выходы приемников в состояние высокого
входного сопротивления - заземлите
5, 17, 20 GND
б
VOD
7,8
Т11N, T21N
•Земля•. Заземлите все эти выводы
Вход напряжения питания; от 1,8 до 4,25 В. Шунтируется на землю
емкостью не менее 1 мкФ. См. раздел выбора емкостей
Входы передатчиков
9, 10
R10UT, R20UT
Выходы приемников. Размах напряжения от потенциала "земли" до V0 D
Входы приемников
11, 12
R21N, R11N
13, 14
Т20UТ, Т1 ОUТ
Выходы передатчиков. Размах напряжения от V+ до V-
Отрицательное напряжение 11итания, вырабатываемое ИС
15
16, 18
19
v-
С1-,С1+
V+
Выводы для подключения внешнего конденсатора схемы умножения
Положительное напряжение питания, вырабатываемое ИС
lабnица 3.18. Перечень рекомендуемых производителей схемных элементов
Проиэводитепь Тип
Телефон
Факс
Индуктивности
Murata
LQH4N150K-TA
США(814) 237-1431,
США(814) 238-0490,
Япония (075) 951-9111 Япония(075)955-6526
Sumida
CD43150
США (708) 956-0666,
США (708) 956-0702,
Япония (03) 3607-5111 Яnония(03)3607-5428
TDK
NLC453232T-150K
США(708) 803-6100,
США (708) 803-6296,
Япония(03)3278-5111 Япония(О3)3278-5358
Диоды дпя nовврхностноrо монтажа
Cental Semiconductor CMPSH-3,
США (516) 435-1110
США(516) 435-1824
Motorola
Philips
Motorola
с барьером Шапки
MMBD6050LТ1,
кремниевые
PMBD6050, кремниевые
США(408)749-0510
США (408) 991-7420
США (401)·762-3800
США (401) 767-4493
Диоды дпА монтажа в сквозных отверстиях печатных мет
1N6050, кремниевые
США (408) 749-0510
США(408) 991-7420
1N5817, с барьером Шапки
ТабnицаЗ.19. Режимы работы ИС МАХ218 и источников питания при различных значениях
Уflравляющих сигналов
SHDN EN
Выход
Выход
Преобразователь
Ток
приемника
передатчика
пост.ток-пост.ток потребления
Низкий
Низкий Высок. ах. сопр. Высок. вх. сопр. Отключен
Минимальный
Низкий Высокий Включен
Высок. ах. conp. Отключен
Минимальный
Высокий Низкий Высок. ах. сопр. Включен
Включен
Нормальный
Высокий Высокий Включен
Включен
Включен
Нормальный
l122 J СХЕМЫ ИНПРФЕЙСА
D1
1Н6050
+ REF
v-.----
MAXIMC 11
llAX218 1+
+
Pa.1pew ......--~
Рис.3.58
Тиnовая схема включения ИС МА:У.218
со стабилизированным и нестабилизирован·
ным источниками питания
3.7 .7. Многоканальные передатчики/приемники с напряжением питания 5 В
На рис. 3.59-3.1О1 приведены типовые схемы включения и расположение выводов
для ИС МАХ220-249 (на рис. 3.67-3 .69 данные в скобках относятся к корпусу
SO). В табл. 3.20 указаны номиналы внешних емкостей для ИС МАХ220/232/
232.А, в табл. 3.21 - значения выходных сопротивлений приемников И С МАХ243 для
различных входных сиrnалов, а в табл. 3.22 - варианты исполнения корпусов и допу
стимые температурные режимы ИС МАХ220. В табл. 3.23-3 .26 перечислены режи
мы работы микросхем при разных параметрах управляющих сиrnалов. Рассматрива
емые микросхемы представляют собой передатчики/приемники, предназначенные
для всех коммуникационных интерфейсов по стандартам EIA(ГIA-232E и V.28/Y.24,
особенно для тех случаев, когда напряжения ± 12 В недоступны. В режиме отключе
ния потребляемая мощность снижается до уровня менее 5 мкВт. (См. •Maxim New
Releases Data Book- . , 1995, р.р. 2-85, 2-96, 2-97, 2-100...2 -117.)
Табпица 3.20. Номиналы внешних емкостей для ИС ММ2.20/232/232А
Тип микросхемы
Емкость (мкФ)
С1
С2
сэ
С4
cs
МАХ220
4,7
4,7
10
10
4,7
МАХ232
1.0
1,0
1,0
1,0
1,0
МАХ232А
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
Та&и6а 3.21. Значения выходных соnротивлений приемников ИС МАХ243 для различных входных сигналов
Вход приемника
ВыходR1
ВыходR2
Неболее-38
Высокий уровень
Высокий уровень
Не подключен
Высокий уровень
Низкий уровень
Не менее+ЗВ
Низкий уровень
Низкий уровень
Рис. 3.59. Расположение
выводов ИС МАХ220/
232/232А (корпус DIP/
SO), вид сверху
Рис.3.61. Расположение
выводов ИС МАХ222/242
(корпус DIP/SO}, вид
сверху (данные в скобках
только для МАХ222}
С:1
С2
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС f 123 /
+5Vвход
Q;
УДВО1Пеnь
tt8/1,PRJ:8НllЯ +5 V8 +10 V
v. 2 +10У
С2+
Првобраэоватеnь
8 -10У
С2- наn,РRJ:вния+10Vв-10V V·
С4
~
Т1оuт 14 ) Вuходы
Т2оuт 7 RS-232
Рис. 3.60. Тиnовая схема включения
ИС МАХ220/232/232А
С1
V+ .S +10У
С2
С2+ Преобразоватеn~
7 -10У
8 С2- 1Щ)11Q1М11+10 vв -10 v v- ~ С4
+5V
400k
12 т1111
т1м 15
~{_11...t21c_a _k
___
"'»----Т2оuт~~-;е")=
~("~-3-~-(]Uf---or ---511-~_.....:_·} ~
1 (N.C.) 6i
511 18
SNoN
Рис. 3.62. Т11nовая схема включен11я
ИС МАХ222/242
l124 j СХЕМЬI ИНПРФЕЙСА
тw
тs.
N.C
Stt/IDOМI
'1Ь1r
1411
тз.
V·
С2·
С1-
С2•
Рис. 3.63 . Расположение
выводов ИС МАХ230
(корпус DIP /SOI. вид сверху
1.0Jlf
1.Qpf
Входы
ПЛJkМОП
+5VВХОД
1.0~
1
Vcc
1
С1+
Удвоитель
V+
1 с1-напраения +5 v в+10 v
11 С2• Преобразователь
12 а.ttаnряжения +1о vв -1 о vУ·
+5V
13
J:l4#
Т1м 2
-r.
Выходы
RS-232
Рис. 3.64. Типовая схема включения
ИСМАХ230
+5VВХОД
Or+15\11Jlj+0
Рис.3.65.
Расположение выводов
ИС МАХ231 (корпус
~IP), вид сверху
Рис.3.66.
Расположение
выводов ИС МАХ231
(корпус SOI, вид
сверху
1~ 13(15)
1С+
Vcc
l.OJlf 2 С· Лреобраэоватепь
напроения
+12Vв-12V
у.3
+5V
Рис. 3.67. Типовая схема включения
ИСМАХ231
(18)
С2
~14#
V·IC1-I
С1·(С1·1
V·IC2•1
С2·1С2·1
Рис. 3.68. Расположение
выводов ИС МАХ2ЗЗ/2ЗЗА
(корпус DIP/SO), вид сверху.
Данные в скобках только
для so
Рж.3.70
Расположение выводов
ИС МАХ234 (корпус
DIP/SO), вид сверху
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС
.svвход
2п"
Т1ОUТ
-{
пл;кмоn 1 T2JI
J2ouт
-{'
R1ouт
R1111
51с
ПЛ/КМОП
20 R2ouт
511
Эти выводы {8(13 С1+
С2+
не подключать 13114
С1·
С2+
Внуrренний (2110
С2·
источник 17 v-
ПИ1З1tИЯ -10 v
у.
С2·
Внутренний 14 181 v.
источник
GNO
GND
питания + 1О v
Рис. 3.69 . Типовая схема включения
ИС ММ233/2ЗЗА
.svвход
1.~.
":"
"6______,
7 CI+
У~ь V+
1
-0Jif 9с1- напряжения+5Vв+10V
10
•
С2+ Преобразователь V·
1
· 0Jif 11 С2· напряжения+10Vв-10V
Входы
ПЛ/КМОll
GNO
=5
Рж. 3.71. Типовая схема включения
ИСМАХ234
111
15
'}-
18 RS-2~2
}-
19 RS-232
11 (12)
15
16
10 1111
1.11)1
Выходы
RS-232
l12s 1
f 126 I СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Усе
111N
R,ouт
"2ООТ
Рис. 3.72. Расположение
выводов ИС МАХ225
(корпус SO), вид сверху
m
Примечание к рис.
МАХ225 содержит: 5 при
емников; 5 передатчиков;
2 управл. вывода (включе
ние приемника ENR
и включение передатчика
ENT). Выводы ENR, GND,
VCC' трит попарно
соединены внутри.
3
T10UT
11
4
T20t.JT
12
25
13001
11
24
J4DIJT
17
23
15DUТ
18
28
TsOUT
15
10
9
•
19
20
Рис. 3.73. Типовая схема включения ИС NIAl..225
Табпица 3.22. Варианты исполнения корпусов и допустимые температурные режимы ИС МАХ220
Тип микросхемы
МАХ220СРЕ
МАХ220СSЕ
МАХ220СWЕ
МАХ220С/D
МАХ220ЕРЕ
МАХ220ЕSЕ
МАХ220ЕWЕ
МАХ220ЕJЕ
MAX220MJE
Диапазон температур
От О до +70"С
ото до +1о·с
ОтОдо+70·с
ОтОдо+70·с
от-40до+85·с
От-40до+85·с
От-40до+85·с
От-40до+85·с
От-55до +125 ·с
Тип корпуса
16-выводной пластиковый DIP
16-выводной узкий малогабаритный DIP (50)
16-выводной широкий малогабаритный DIP (50)
Бескорпусной чип
16-выводной пластиковый DIP
16-выводной узкий малогабаритный DIP (SO)
16-выводной широкий малогабаритный DIP (50)
16-выводной керамический DIP
16-выводной керамический DIP
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС l 127 I
Рис. 3.74. Расположение
выводов ИС МАХ235
(корпус DIP), вид сверху
+5VВXQll
1~• .,.______.....,
l.cltlf
Vtt
Удвоитель
напраенмя +5vв+1 о v
11 • IAl)i
Выходы
ПЛ/КМОП
T1ou1 3
fЗоuт 2
T4Qir 1
f5Qn 11
5kSНON 21
1.Clt#·
С2• Преобраэоватеnь у. 15
Рис. 3.75 . Тиnовая схема включения ИС МАХ235
С2· напраенмя+10Vв-10V
"""'
~ 1-"
6 '1211
в.w.i
Выходы
-=.u.юп 18 1311
RS-232
11 т...
24
!i R1ou1
R111 4
5k
~ 22 R2ouт
R2IN 23
Входы
-:-.'kМ
RS-232
5k
17 Rhlt
RЭ111 16
20 6i
5k
SНON 21
"8с. 3.76. Тиnовая схема включения ИС МАУ:J.36
Рис. 3.77 . Расположение
выводов ИС МАХ236
(корпус DIP/SO), вид сверху
l 128 \ СХЕМЫ ИНПРФЕЙСА
Рис. 3.78. Расположение
выводов ИС МАХ237
(корпус DIP/SO), вид сверху
Преобра.108атель
15
напряжения +10 v в-10 v v-
Ttotn 2
l.OJI
1.0JI
BxDдl>I
пл;кмоп
':;Jf 1Q.aF
CI+
С1-
с2.
С2-
5 R1otn
~аход
1~·
Vcc
11
• l.OJI
Удвоктеnь
V•
напряжения +5 Vв +1О V
Преобразователь
15
напряжения +10 Vв -10 V v-
*1.0JI
Т1М 2
Т2оuт 3
f3ouТ ,
ВЫходы
RS-232
1'4оuт 24
T5out 20
R111 4
5k
23
~~
5k
,,
5k
Рис. 3.79. Типовая схема включения ИС МАХ237
11 1'211
T2out t
BXOДl>I
ПJ\/КМОП 19 ТЭ•
Т3сал 24
21 ,...
14оuт 20
6 Rtcu1
RllN 1
4Юм
ВЫХОД1>1
5k
ПJ\/КМОП
22 RЭour
из.. 23
5k
17~
5k
Рис. 3.80. Типовая схема включения ИС МАХ238
BыxDдl>I
RS-232
В)(()ДЬI
RS-232
•
А111АХ1А11
МАХ238
Рис. 3.81. Раслоложение
выводов ИС МАХ238
(корпус DIP/SO), вид сверху
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС l129 j
• абnица 3.23. Режимы работы ИС МА':/..225 nри различных значениях уnравляющих сигналов
Etrr
~
о
ENR Режим работы
~
\\о~\11-а
Норма
о
Отключеt-1
Отключен
Рис.3.82.Расположение
выводов ИС МАХ239
(корnус DIP/SO), вид
сверху
Передатчики
~се S.Y.l\\Bt-IЬ\
Все активны
Все в третьем
состоянии
Все в третьем
состоянии
Приемники
'Все S.У.1\\ВНЫ
Все в третьем состоянии
Все в режиме nриема с малой
потребляемой мощностью
Все в третьем состоянии
7.5Y·l32V
ВХОД
5
Vcc
V+
1.f4W
Преобра.1ователь
~-
наnряжения +10Vв·10 V
~ •.f4W
1 R1a.n
R111 2
22 R2ouт
R2" 21
п~Wonl-::.....:...;;.;;.;.--+--к м.i-----St_:.....
111
_:_
5k
10 R5out
R5wl 9
511 NC. 15
Рис. 3.83. Тиnовая схема включения ИС МАХ239
Входы
RS-232
11зо 1 СХЕМЬI ИНПРФЕЙСА
NC
R20UТ
Y21N
Т1 IN
RIOUТ
R11N
GND 1
Va:
NC
NC
S/«Л1IOINN
EN
тsоит
R41N
R40UТ
T41N
1'31N
R50UТ
3S R51N
NC
1.0Jlf
1.0Jlf
Входы
пл;кмоn
Входы
тm;кмоn
25
с1.
CI·
С2+
С2·
.svвход
~~.
vcc
2&
1.0Jlf
Удвоитель
V•
напряжения +5 Vв +10 v
Преобразователь
3)
напряжения +10 Vв -10 V V·
~1.0Jlf
r1оот
f2our 1
1ЭМ •
Выходы
RS-232
f4auт
1'5оuт •1
R111 17
5k
R2• 10
511
11311 •
=
5k
.... 40
5k
1158. 35
5k
SNoН 43
Рис. 3.84. Расположение выводов
ИС МАХ240 (корпус пластиковый FP),
вид сверху
Рис. 3.85. Типовая схема включения ИС МАХ240
Та611ица 3.24. Режимы работы ИС МАХ245 при различных значениях управляющих сигналов
m1~ Режим
Передатчики
Приемники
работы ТА1 -ТА4 ТВ1 -ТВ4 RA1-RA5
RB1 -RB5
о о Норма
Все активны Все активны Все активны
Все активны
о
Норма
Все активны Все активны RA 1 - RA4 в третьем
RB1- RВ4 втретьем
состоянии, RA5 активен состоянии, RB5 активен
о Отключен Все
Все
Все в режиме приема
Все в режиме приема
в третьем
в третьем
с малой потребляемой
с малой потребляемой
состоянии состо~нии МОЩНОС\ЫО
МОЩ\'\ОС"ТЬЮ
Отключен Все
Все
RA1 - RA4 в третьем
RB1- RB4втретьем
в третьем
в третьем
состоянии, RA5 в режиме состоянии, RB5 в режиме
состоянии состоянии приема с малой
приема с малой
потребляемой мощностью потребляемой мощностью
Рис. 3.86 . Расположение
выводов ИС MAX24 l /223
{корпус WIDE SO/SSOP),
вид сверху
Прwrечание к рис. R4 и R5
в МАХ22З остаются
активны в режиме отклю
чения (shutdown). Данные
в скобках - д.llЯ МАХ241.
1.0iif
1.a,F
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС ~
С1+
..эtвход
1.~+ -------
,,
Усе;
Удвоитеnь
13 +1
- Diif
С1· налраения+5Vв+10V
С2~
Преобраэоеатель
1r
С2· налраения+10Vв-10V V·
.s
7 Т\11
Рис. 3.87. Тиnовая схема включения ИС MAX24 l /223
Табпица 3.25. Режимы работы ИС МАХ246 при различных значениях управляющих сигналов
ЕПn-1 Режим
Передатчики
Приемники
работы ТА1 -ТА4 ТВ1 -ТВ4 RA1 -Rд5
RB1-RB5
о о Норма
Все активны Все активны Все активны
Все активны
о 1 Норма
Все активны Все
все активны
RB1- RB4 втретьем
в третьем
состоянии,
состоянии
RВ5активен
о Отключен Все
Все активны RA 1 - RA4 в третьем
Все активны
в третьем
состоянии
состоянии
состоянии, RAS активен
Отключен Все
Все
RA1 - RA4 в третьем
RB1- RB4втретьем
в третьем
в третьем
состоянии, RAS в режиме состоянии, RB5 в режиме
состоянии состоянии
приема с малой
приема с малой
потребляемой мощностью потребляемой мощностью
l132 I СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Vcc
GND
11оuт
Рис. 3.88. Расположение
выводов ИС МАХ243
(корпус DIP/SO), вид сверху
Усе
УДВОКJепь налрuения +5 У в +10 V V•
С2+
С2- ~ьнаnрuения+10Vв·10V V·
1
1"F
'
'
44.. ,, .
2 ,~,
18 УА21М
э YA30UI
11 1А31Н
18 , .....
11 IЦ1Lll
51с
10 1Ц10UТ ..,, .
5t
11 ~оuт _
5t
12 Rt.3001
-
5t
13 RмOUT ..,..
.SV .SV
18200У 43
m
+"JV +SV
11311 28
Tl40UT 41
'~ 21
,_.," 38
~IN 38
51с
-
Ра!ООТ 33
51с
..-
lll40UT 32
GND
19
Рис. 3.90 . Типовая схема включения ИС МАХ244
+SVВХОД
01~
1
Vcc
•зс1.
Удвоитеnь V•
4
С1- напряжения +5 V в +10 V
5 С2+ Лреобраэователь V·
С2· напряжения +10 V в -10 v
.sv
400k
11 1'111
t1ouт 14
»-~~-Т2сu--tт_1_}~
{
12 я1оuт
~п --+ --- --:: .
9 R2wТ
R1111 13}
51с
Входы
RS-232
R2111 в
Рис. 3.89 . Тиnовая схема включения
ИСМАХ243
~~~~::.t;бrs>JJ
Рис.3.91. Расnоло~ение выводов
37 Re2IN
,_.."
Rв10UT
ll&!OUf
Ра!ООТ
R840UT
31 Rвl.OUT
,•. "
Y821t
ИС МАХ244 (корпус PLCC), ви~ сверху
Примечание к рис. МАХ244 содержит:
10 постоянно активных приемииков (5 со
стороиы А и 5 со стороны В); 8 передат-
1'.uков (4 со стороиы А и 4 со стороны В).
Нет иикаких управляющих выводов.
Рис. З.92. Расположение
выводов ИС МАХ245
(корпус DIP), вид сверху
Примечание к рис.
МАХ245 содержит:
10 при,емн.иков (5 со
стороныАи5со
стороны В - RA5 и RВ5
всегда активны); 8 пере
датчиков (4 со стороны
Аи4состороныВ);
2 управл.яющих вывода
(включение при,емника
(ENR) и включение
передатчика (ENT)).
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ис l 1зз 1
+Siвход
1pF~
40
Vcc
16 1а10UТ
1в10UТ 24
-
2 Ta11N
1111N 38
17 TA20UJ
TllOUТ 23
4IDt
3щ"
Т121\1 37
18 JAЗOOJ
TВJOUJ 22
4IDt
" JAJIN
тuн 38
11 lмОЛ'
т...оuт 21
4IDt
5 lм!N
INN 35
'
ENR
ENI 39
11 RмtN
",,н 29
111 RA10UТ -
12 rw•
1 rwotll ...
=
"'20UТ 31
13 llAЗIN
RUN 27
1.С Rм!N
26
-
' -40UT 33
15 llA5IN
"'61N 25
...
8'15QU1 3-4
Рис. З.93. Типовая схема включения ИС МАХ245
f 134 J СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Рис. 3.94. Расположение
выводов ИС МАХ246
(корпус DIP), вид сверху
Примечание к рис.
МАХ246 содержит:
10 приемников (5 со
стороныАи5со
стороны В - RA5 и RВ5
всегда актиmы); 8 пере
датчиков (4 со стороны
Аи4состороныВ);
управляющие выводы
(включение стороны А
(ENA), вКJ1ЮЧенuе
стороны В (ENB )).
.tf/tatД
1)6ф
40
Vcc
-
17 ТА200Т
TA21N
ruм 11
18 WOUT
-
4 TA31N
19 ТмОUТ
-
S TМlt
20
Рис. 3.95. Тиnовая схема включения ИС МАХ246
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ис 11зs 1
•5VIDIDД
1Jlf ф 40
1-
Усе
т39
.sv
24
m
2 TAllN
38
23
m
18
m
m
TмlN
1 Rв50UT
~е1н 2!1
5k
Рис. 3.96 . Расположение
выводов ИС МАХ24 7
12 llAllN
8-1IN 29
(корпус DIP), вид сверху
5k
5k
Примечание к рис.
10 RA10UJ -; -
'::'
Al10UT 31
МАХ246 содержит: 9 при-
13 Р.А2111
~N 28
емников (4 со стороны А
5k
5k
и5состороныВ-
t IWQUT ':'
~
~т 32
RВ5 всегда активен); 8 пе-
14 P.ulN
Авз1N 27
редатчиков (4 со стороны
5k
5k
Аи4состороныВ);
4 уnраВllЯющих сиzнш~а
в P.uOUТ ..,..
-
RIЗOUТ 33
(включение приемШ1ка
15 R.ulN
~28
со стороны А (EN RA ),
5k
5k
включение при~
7 АмОUТ
A84()UT 34
со стороны В (ENRB),
11 ENRA
ENRB 30
включение передатчика
GNO
со стороны А (ЕNТА),
20
включение передатчика
со стороны В (ЕNТВ)).
Рис.3.97. Типовая схема включения ИСМАХ247
l1з6 I СХЕМЫ ИНПРФЕЙСА
tA]IN
TмlN
27
l!i~~~i;:)l)>~J
~
~
lla11N
Е•
lla10UТ
11в2Оt1Т
RaOt.IT
~
T111N
T821N
ТвэlН
Рис. 3.98 . Расположение выводов ИС МАХ248,
вид сверху (корпус PLCQ
Примечание к рис. МАХ248 содержит:
8 приемииков (4 со стороиы А и 4 со стороиы
В); 8 передатчиков (4 со стороны А и 4 со
стороиы В); 4 управляющих вывода (вк.лю
t1ение прием1Шка со стороны А (EN R~
включение приемника со стороны В (ENRB),
вКJlЮЧенuе передатчика со стороны А
(ЕNТА), включение передатчика со стороны В
(ЕNТВ)).
+5Vвюд
Усе
УД1Ю1П811> ~ +5v1+10 v
V· 26
Преоб1Jеэова111.11.н;q~пения +10VB·10V -
1~Fr·
18 liifA
ЕNТВ 27 -
14 Ta11N
2 ТА200Т
15 TA21N
3 TJJOUY
16 ТАЭW
4 ТмОUТ
11 ТМN
511
10 IWOUТ -:: -
511
12 RАэООТ =
13 RмООТ
Рис. 3.99 . Типовая схема включения ИС МАХ248
Рис. З.100. Расположение выводов
ИСМАХ249, видсверху(корnус PLCC)
fll3lt
1112'Н
~tlN
ГNiii
IJ10UТ
Rt20UТ
RaiJUТ
~
31 "'5ООТ
'11 1IN
TUN
Примечание "рис. МАХ249 содержит:
10 приемников (5 со стороны А и 5 со
стороны В); 6 передатчиков (3 со стороны
А и З со стороны В); 4 управляющих
вывода (включение приемника со стороны
А (EN RA ), вклNoение приемника со
стороны В (ENRB ), ВКЛNoение передатчи·
ка со сторины А (ЕNТА), вклЮчеJше
передатчика со стороны В (ЕNТВ)).
ОПИСАНИЕ ИНПРФЕЙСНЫХ ИС f 137 J
.SVвщц
1pfI
-
20
111~
111F 0
Vc:c
УДВО1Пе11Ь наnраенмя +5 v1 + 10 v
v-
28
1pF
25 • Преобраэоеап~nь наnраения +10 V1-10 V
1tlfi·
11 ЕМТА
EiiТI 27
1 TA!OUT
15 Ta11N
-
T111N З0
2 ТА20UТ
-
111 Taill
Т8211 28
3 Tr.iOUt
17 T.AJ/N
-
11 RA1IN
~1IN 37
10 "'-• OUT
1 RAllN
1112'Н •
11 RAJIN
fll3lt •
~33
5 RА4М
~40
4 RA5IN
RlslN 41
14 11А5ОtЛ'
11 ЕНRА
ENR8 36
GNO
111
Рис. З.101. Типовая схема включения ИС МАХ249
ТабпицаЗ.26. Режимы работы ИС М/:\1..247/248/249 nри различных значениях управляющих сигналов
ENTA ENTB ENRA ENRB
ИС
Передатчики
Режим ~ МАХ247 ТА1 - ТА4 ТВ1 - ТВ4
работы ~МАХ248 'тд1 -ТА4 1тв1 -·тв4
МАХ249 ТА1 -ТАЗ ТВ1 -ТВЗ
Приемники
RA1 - RA4
RB1 - RB5
-iRA1 - RA4- :нв1
-
RB4 ___
RA1 - RA5
RB1 - RB5
__о~о
от!>jно~м~_
.вс~а~в!:'ы. ____{Вс~_акт~~ны ___Lв.с_~_о_кт~вны
_ _ ~с еа~вн~
ОjОjО
1
Норма
Все активны ,, Все активны Все активны Все в третьем
J
1
состоянии; в МАХ247
t
1
приемник RBS остается
активным
о1Оj1
О
Норма
,Все активны
1
Все активны
.Все
в третьем Все активны
о
о
о
о
о
о
о
о
!-
о
о
о
о
о
_J_
1
1
1
l
----1------i____
.
со~~янии___ __ ,1 -----------
/Все активны
Все активны
Все в третьем ·Все в третьем
1
_l
состоянии
состоянии; в МАХ247
:
1
приемник RBS остается
,
_
_
_________,активным
Норма
О 1 Норма
Все активны
Все в третьем Все активны
1
Все активны
состоянии
.
1-r-----н;рма
1
Все активн-;:;-- ·Все в третье--;,;--· Все активны Все в третьем
1
~·
состоянии
состоянии; в МАХ247
~активным
~
приемник RBS остается
О -Т-Но_р_м_а-..-+-----·-в-с_е_а_кт_и_в_н_ы
Все в третьем В_с_е_в_т_р_е_т_ье_м----il Все ~к;:-ив_н_ы_____
Норма
о
Норма
Норма
о
Норма
состоянии
состоянии
Все активны
Все в третьем ·Все в третьем Все в третьем
I
состоянии
,состоянии
состоянии;
1
J
в МАХ247 приемник RBS
-+ ----l
.
_
~ ____
_
___J~тается активным
Все в третьем Все активны
Все активны
Все активны
11
состоянии
Все в третьем Все активны
состоянии
·все в третьем
'состоянии
Все активны
Все активны
Все в третьем
состоянии
Все в третьем
состоянии;
в МАХ247 приемник RBS
остается активным
Все активны
~Qrn
~:s:
1:S:1
g
Та6nица 3.26. Режимы работы ИС МАХ247/248/249 при различных значениях управляющих сигналов (окончание!
1
1
ЕNТА е4ТВ Emf'A 1 ENRB
~
о
~~~о
1
--+ -- --
о
___, ___ _
-
--1. --- +·
1
--~- -__ 1_.
1
1
1
1
Режим
работы
Норма
Отключен
ИС
_
Передатчики
_J
__ Прием~_ик~
_
МАХ247 ТА1 -ТА4 ·тв1 - ТВ4
'RA1 - RA4 tRB1 - RBS
МАХ248 'тд1 - Т'А4 -:тв1
-
ТВ4 ~RA1 - RA4 --1RB1 - RB4
МАХ249 'тд1 - ТАЗ
-
'тв1 - твз
RA1 - RAS ---tRB1 - RBS
Все в третьем
состоянии
·Все активны
1
J
Все в третьем
,состоянии
l
о
::1
:s:
g
ж
s...
s
iSr
2!:
><
s
n
r3
~
J140 1 СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
3.7 .8 . Импульсный генератор для источника питания интерфейса RS-485
с гальванической развязкой
На рис. 3.102 и 3.103 изображены типовая схема включения и схема проверки ИС
МАХ253, а в табл. 3.27 - назначение выводов этой микросхемы. В табл. 3.28-3 .31
указаны рекомендуемые параметры, типы внешних схемных элементов и их по
ставщики. Микросхема МАХ253 представляет собой монолитный импульсный
генератор с усилителем, специально разработанный для создания изолированно
го источника питания мощностью до 1 Вт для интерфейсов RS-485 или RS-232
с гальванической развязкой. На ИС через первичную обмотку трансформатора со
средней точкой подается напряжение 5 или 3,3 В от основного источника пита
ния. Параметры вторичной обмотки трансформатора выбираются исходя из тре
буемого напряжения изолированного источника питания. Задающий генератор
с частотой, вдвое большей частоты выходных импульсов трансформатора, управ
ляет мощными ключами через триггер. Поэтому каждый ключ находится в откры
том состоянии в течение 50% времени рабочего цикла. В режиме отключения ток
потребления равен 0,4 мкА. На рис. 3.104-3 .113 представлены различные вариан
ты типовых схем включения ИС МАХ253. (См. «Maxim New Releases Data Book~,
1995, р.р. 2-125... 2-135.)
FS
а.--+--1 osc
Рис. 3.102. Типовая схема включения ИС МАХ253
Вход
5V
С1
I o.1jlf ___&
__
Усе
4so
Вкл/0001
MAXIM
МАХ253
D1
R2
50Q
3FS
02 t-1____ _,
Переключение
'1ОСТОТЪ1
Изолированный выход
Рис. 3.103. Схема провер1<и ИС МАХ253
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС (!!!]
Табnица 3.27. Назначение выводов ИС МАХ25З
Вывод Обозначение Назначение
D1
2
GND1
3
FS
4
SD
5
N.C.
6
vcc
7
GND2
8
D2
Открытый сток первого ключевого транзистора с N-каналом для возбужде
ния трансформатора
•Земля•. Выводы GND1 и GND2 заземлите
Установка частоты внутреннего генератора. Если·вывод FS соединен с Vcc
или не подключен, то часто~а переключения равна 350 кНц, если вывод FS
заземлен - то 200 кГц
Вход сигнала отключения. Для нормальной работы - заземлить. Для отклю
чения - подать сигнал высокого логического уровня
Нет внутреннего соединения
Напряжение питания +5 В
·Земля•. Выводы GND1 и GND2 заземлите
Открытый сток второго ключевого транзистора с N-каналом для возбужде
ния трансформатора
Табnица 3.28. Параметры трансформаторов для разхличных напряжений
Параметры
Отношение числа
витков обмоток
трансформатора
(ЦО - с отводом от
центра обмотки~
Типовое первичная
число
вторичная
витков
обмоток
-- ---- -
Произве- FS-
дение ЕТ низкий
для
уровень
первичной FS-
обмотоки высокий
уровень
Вариант nреобразован-:wя напряжения
+5в
+5в
+з,з в
+5в
+5вв±5в;
в±10в
в+5в
в+5в
в+24в
±12 в
1ЦО:1
1ЦО:1,3ЦО 1ЦО:2,1UO 1ЦО:5ЦО 1ЦО:1,5UO:
1
1
3ЦО
1
-
---+---
-~-----
-
-
_"_
--
44 ЦО
i
44 UO
28 ЦО
44ЦО j
44 ЦО
44
1
56 ЦО
56 ЦО
220 ЦО .!,
66 ЦО, 132 ЦО
1
16,3вмкс i 18,3вмкс
12вмкс
i
-
-+
11вмкс ! 11вмкс
7,2 в мкс
i1
16,3 в мкс
11вмкс
t·
1
1
1
-~ --
!
ii
16.3 В мкс
11вмкс
Таблица 3.29. Рекомендуемые поставщики трансформаторов и оптронов
Трансформаторы
ВН electroпics
Тел. (507) 532-3211
Факс (507) 532-3705
Coilcraft
Тел. (708) 639-6400
Факс (708) 639-1469
Coiltronics
Тел. (407) 241-7876
Факс (407) 241-9339
Сердечники трансформаторов
Philips Compoпents
Тел. (407) 881-3200
Факс (407) 881-3300
Magnetics inc.
Тел. (412) 282-8282
Факс (412) 282-6955
Fair-Rite Products
Тел. (914) 895-2055
Факс (914) 895-2629
Оптроны
Quality Тechпology
Тел. (408) 720-1440
Факс (408) 720-0848
Sharp Electronics
Тел. (206) 834-2500
Факс (206) 834-8903
Siemens Compoпeпts
Тел. (408) 777-4500
Факс (408) 777-4983
l142 \ CXEMbl ИНТЕРФЕЙСА
Табnица 3.30. Типы конденсаторов и рекомендуемые поставщики
Метод производства
Поверхностный монтаж
Конденсаторы
Matsuo, серия 267 (с низким значением ЭПС)
Тел. в США: (714) 969-2491, факс: (714) 960-6492
Sprague Electric со., серия 5950/2930 (с очень низким значением ЭПС)
Тел. в США: (603) 224-1961, факс: (603) 224-1430
Murata Erie, керамические конденсаторы
Тел. в США: (800) 831-9172, факс: (404) 436-3030
Монтаж. в сквозных отверстиях
Sanyo, серия OS-CON (с очень низким значением ЭПС)
высококачественныхnечатныхr1лат Тел. в США: (619) 661-6835, факс: (619) 661-1055
Монтаж в а<возных
отверстиях r1ечатных плат
Uвх.
5У
С1
I o.1pF
Vcc
МАХиИ
Sin/Otu
4
SD Ш.Q53
2
-
а
"°
• 74НСО4 ил м ан апоr.
D1
Тел. в Японии: 81-7 -2070-1005, факс: 81-7 -2070-1174
Nichicon, серия PL (с низким значением ЭПС)
Тел. в США: (708) 843-7500, факс: (706) 843-2798
Тел. в Яr1онии: 61-7 -5231-8461, факс: 81-7-5256-4158
Иэоnиру~ощнй
баРЬеР
Трансф. 1цо:1,3'р
-----------"
1
"-1 lt
OUT t-=-~=~
•с2 МАХиИ
1N511l
1'С4 0/417
•
~
AIAX66l
..._-+--4-1 а
Vcc
А6
.мАХJ.М
МАХ481
~ МАХ483 В~
МАХ485
RS-485
llAXW
в
Рис. 3.104. Типовая схема включения ИС МАХ253 для интерфейса RS-485 с напряжением питания 5 В
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС f 143 I
Та6nица 3.31. Рекомендуемые комплектующие изделия для организации интерфейсов с различными
скоростями передачи данных
Скорость
передачи
Тип ИС для интерфейса RS-485
данных
полный дуплекс
250 Кбит/с МАХ488/МАХ489
2,5 Мбит/с МАХ490/МАХ491
попудуплекс
МАХ48З/МАХ487
МАХ481/МАХ485
Тип оптрона для сигнала
Dl/RO
РС417'"
РС410*
DE
РС357Т*
РСЗ57Т
Примечание к табп. * - оптроны серии РС, производитель Sharp Electronics (тел. в США: (206) 834-2500,
факс: (206) 834-8903); Sharp Electron1cs, Europe GmbH (тел. в Германии: (040) 230-760, факс: (040) 230-764).
Uвх.
3.ЗV
С1
Io.1Jlf
Иэолир,10ЩИА
барЬер
Трансф. 1цо:2, 1цо
5 NC.
D11-----+-t r----~..--.....---11---8~ IN
оuт 2 Иэолмр.SV
+С2
.JИ..;l)(IAjl
DE
.JИАХ1М
4 SD ШAZJ
* 74НСО4 мли aнanor.
INS817
С5+
o.1J1FT
r---~---,
22pF
#МХ661
... ._____. р
8
Усе
А6
.JИАХ1М
МАХ4Вt
3 DE МАХ483
8J/Вых
МАХ485
RS-485
МАХ481
87
Рис. 3.105. Типовая схема включения ИС МАХ253 для интерфейса RS-485 с напряжением питания 3,3 В
l144 I СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Ug,
5V
Иэолирующиll
:барьер
С1
6
Траноф. 1цо:1,Зцо
~0.1pf 5 N.C. Vcc 01---- r-1...__________.1
841
"
ООТ 2 Иэол1r1р !N
-=r i~
R1ouт
74НСО4
R2oor
74НСО4
RЗоuт
74НСО4
FМоuт
74НСО4
R5ouт
D2•
FS
3
GND1 GND2
2
1N5817
SЕТ GND SНDН
•
45
7 Т2ас
Т2оuт
4
ТЗоот
2
Т4Qл 1
15iN
TSoor
19
.А4АХ1А11
ШК2ОS
R1оот
R111
10
R21н 5
RЗоuт RЗ~м 24
R41н •
~ R5iн
13
21
Рис. 3.106. Типовая схема включения ИС МАХ253 для интерфейса RS-232
Примечание крис. * - 74НСО4 или аналоz.
Uвх.
SV
С1
I o.1JIF
6
Усе
ВкЛ;оnл 4
SD
.МАХl..М
1МХ253
Перекn~очатеяь з
частоты
FS
D1
D2
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСl&IХ ИС f 145 /
Иэолир(lванный выход
5V;200mA
8
_т~~·:~Jа:fi~i •
1N5817 Дополнктеnьный выходной пассивным ФНЧ
с частотой среза 21 kHz
L2
Выход
2SJIН
фильтра
~
~2l)IF
Рис. 3.107. Типовая схема включения ИС МАХ253 для преобразования напряжения 5 В
в изолированное напряжение 5 В
Uвх.
3.ЗV
С1
I o.1J,lf
Иэолир(lванный выход
5V; 100mд
~: :м::.....---Тi...i'!;fo1~fi~~~·
GN01
2
6
+с.с
::r: 0.1 .Jlf
1N5817 Дополнительный выходной пассивным ФЖ
с частотой среза 21 kHz
L2
Выход
25)111
фильтра
~
:С 221!F
Рис. 3.108. Типовая схема включения ИС МАХ25З для преобразования напряжения З,З В
в изолированное напряжение 5 В
Uвх. 6
Усе
Траж;ф. 1цо:1цо 1N5817
01-------
..МАХl.М
МАХ253
•
Выход+ Uвых. == 2Uвх
Рис. 3.109. Типовая схема включения ИС МАХ253 для двухnолярного источника питания с удвоением
~ходного напряжения
)146 I СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
Uак.
5V
Vcc
01
.МАХUИ
ММ253
SD
D2•
78LD5
GN01 GND2
1N5117
2
-=
-
5V
отО,1 юО,5V
Иэоnир.
- ---- --- --· 5V
Рис. 3.110~ Типовая схема включения ИС МАХ253 со стабипиэатором напряжения
Uвх. 8
Усе
т~.1~:1цо
41( 1N5817
01------- r--------
AitAXl.М
МАЮ5З
02-------'
Выщц + \Jвых." + Uак.
од-Uвык. ". Uвх.
Рис. 3.111 . Типовая схема включения ИС МАХ253 дnя двухполярного источника питания
Usx.
8
Усе
T~.1~:11.J)
41( 1N5817
DI --------.
r------ . . _
.МАХl.М
AШ2SJ
028
GN01 GND2
__
Быход_ Uвых."2Uвх.
Рис. 3.112 . Тиnовая схема включения ИС МАХ253 с удвоением _входного напряжения
~ою1kn
ОПИСАНИЕ ИНПРФЕЙСНЫХ ИС l147 I
Иэолир.
5V
Aнanor.
~
ИэопиРУющий
барьер Uвх.
т~. sv
1цо: 1,5цо:Зцо
.-----01
t--_..,..-~~-e-+---48--<1:1~
AtAXUИ
---~1:1:~--+--ЧУсt МАХZ5З
----02
А4АХ1.М
МАХ1'15
Уоо
Vsa
А11 CatVSТ
5V1
\'1& Сt.ОСК
GNo DAYA
-=
-:::-
-=
Рис. 3.11 З. Тиnовая схема включения ИС МАХ253 для АЦП с гаnьванической развязкой
D9
~
D4
D3
02
D1
DO(l.SВ)
~
3.7.9. Приемопередатчики с пониженной потребляемой мощностью
для интерфейсов RS-485 / 422
На рис. 3.114, 3.115 изображено расположение выводов ИС МАХ481/483/485/487
для различных типов корпусов, а на рис. 3.116 - типовая схема включения.
В табл. 3.32 приведено назначение выводов микросхем, а в табл. 3.33, 3.34 - выход
ные сигналы их передатчиков и приемников при различных значениях входных и уп
равляющих сиrnалов. В табл. 3.35 даны сравнительные характеристики микросхем.
На рис. 3.117-3 .121 показаны типовые схемы включения и расположение выводов
ИС МАХ488-491, на рис. 3.122 - применение микросхем МАХ481/483/485/487
для организации типовой сети RS-485, а на рис. 3.123 - применение микросхем
МАХ488-491 для организации полнодуrшексной сети обмена данными по интерфей
су RS-485. На рис. 3.124 показано использование микросхем МАХ488-491 в качестве
l148 J СХЕМЫ ИНТЕРФЕЙСА
ретранслятора. Отметим, что выводы R Е и DЕ имеются только на МАХ489/491. (См.
~Maxim New Releases Data Book~, 1995, р.р. 2-159, 2-165...2-168, 2-171, 2-172.)
Рис. 3.114. Располо
жение выводов ИС
tv1AX481/483/485/487
для корпусов DIP/SO,
вид сверху
.МАХl.М
МАХ481
МАХ48З
МАХ485
МАХ48!
•
.МАХl.М
МАХ481
МАХ483
МАХ485
МАХ48l
Рис. 3.115 . Распопо
жение выводов ИС
МАХ481/483/485/
487 для корпусов
μМАХ, вид сверху
RO Рис. 3.116. Типовая схема включения
lll.>--+= ИCtv1AX481/483/485/487 для корпусов
DIP/SO
Табnица 3.32. Назначение выводов ИС tv1AX481 /483/485/487-491
Вывод
МАХ481/483/
МАХ488/490
МАХ
Обоз- 1
485/487
489/491 начение Назначение
DIP/SO μМАХ
DIP/SO μМАХ
DIP~St-
-i
з
2
4
RO
Выход приемника: если А> В на 200 мВ,
то на RO установится высокий уровень
напряжения,аеслиА<Вна200мВ-
низкий
2
4
3
1ТТ
Сигнал включения выхода приемника.
RO включен, если на 1ТТ низкий уро-
вень напряжения; если высокий - RO
находится в состоянии высокого вход-
ноrо сопротивления
з
5
4
DE
Сигнал включения выхода nередатчи-
ка. Выходы передатчика У и Z включе-
ны, если на ОЕ высокий уровень на-
пряжения; если низкий - они
находятся в состоянии высокого вход-
ного сопротивления. Когда выходы ne-
редатчика включены. то ИС работает
в качестве передатчика линии связи.
Когда же выходы передатчика нахо-
дятся в состоянии высокого входного
сопротивления, микросхема работает
в качестве приемника линии связи
(если на 1ТТ низкий уровень налряже·
НИЯ)
4
6
3
5
5
01
Вход передатчика. Если на DI подан
низкий уровень напряжения, то на вы-
ходе У установится низкий уровень,
а на Z - высокий. Соответственно вы-
сокий уровень на 01 устанааливает ВЫ·
ХОДЫ У И Z В СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОГО
и низкого уровня
ОПИСАНИЕ ИНТЕРФЕЙСНЫХ ИС l 149 I
Таблица 3.32. Назначение выводов ИС МАХ481/483/485/487-491 (окончание)
Вывод
МАХ481/483/
МАХ488/490
МАХ
Обоз-
485/487
489/491 начение
-
--J
Назначение
DIP/SO μМАХ DIP/SO μМАХ DIP/SO
5
7
4
6
6,7
GND
•Земля•
5
7
9
у
Неинвертированный выход передатчика
6
8
10
z
Инвертированный выход передатчика
6
8
А
Неинвертированный вход приемника
и неинвертированный выход передатчика
8
2
12
А
Неинвертированный вход приемника
7
в
Инввртированный вход приемника
и инвертированный выход передатчика
7
11
в
Инвертированный вход приемника
8
2
1
з
14
vcc
Положительное напряжения питания:
от 4,75 до 5,25 в
1, в.
N.C.
Не подключен (нет внуrреннего
13
соединения)
Табnица 3.33 . Выходные сигналы передатчиков ИС MAX48 l/ 483/485/487 при различных значениях
входных и управляющих сигнапов
Входы
Выходы
n1
DE
DI
z
у
Состояние
о
безразлично
Состояние
о
о
безразлично
о
о
Состояние
Вые. вх. conp.
Вые. вх. сопр.
безразлично
о
Состояние
Вые. вх. сапр.
.
Вые. вх. сапр.
.
безразлично
Примечание к табп. * - режим отключения (shutdown) для МАХ481/483/487.
Табnица 3.34. Выходные сигналы приемников ИС МАХ481 /483/485/487 при разпичных значениях
входных и управляющих сигналов
Входы
Выход
n1
DE
А-В
RO
о
о
Не менее +0,2 В
1
о
о
Не более -0.2 В
о
о
о
Входы не подключены
о
Состояние безразлично
.
Вые. вх. сапр.
Примечание к табп. * - режим отключения (shutdown) для МАХ481/483/487.
Та6nица3.З5. Сравнительные характеристики ИС МАХ481 /483/485/487/488/489/490/491
Тип
микро·
схемы
1
1
1
1 Скорость
Вид · передачи ,
связи \ данных j
1 (Мбит/с) 1
Оrраничение
скорости
нарастаниt1
выходноrо
напряжения
!
Режим
отключения 1 Режим 1 Ток
с малым 1 выключения в состо- Количество
потреблением приемника/ янии покоя передатчиков
мощности передатчика (мкА)
на шине
МАХ481 J Полу- J
2,5
!
-1 дуплекс t--
-+-
МАХ483 Полу- I 0.25
_
--
__JJlYПЛeK~
____,___
Нет
Есть
1
1
.
1-Ее~1
Есть
300
32
1
___ L__
120
32
Есть
Есть
МАХ485
Полу- ;
2,5
Нет
Не1
Есть
300
32
дуплекс
МАХ487
Полу-
0,25
Есть
Есть
1
Есть
120
128
1дуплекс
-
МАХ488-t·дуплекс -:- -0-, 25
--
МАХ489 j-- Дуплекс~-- 0,25
f-
MAX490 Дуплекс Г
2,5
-
r--· -
-
-- ---
МАХ491 Дуплекс
2,5
Есть9=:ет ' Нет
Есть ---- -- Нет
-}______Есть
--
Нет
Нет
Нет
Нет
Есть
Нет
120
32
t
--
120
32
+
-1
t-300 ~
32
зоо
1
32
1
Количество
выводов
8
8
8
t-- 8
1
1
8
14
8
14
~
~s
:s
"'
iSc
~
( 152 j СХЕМЫ ИНПРФЕЙСА
DI
DE RERO
DI
DE AERO
..МАХl..М
МАХ488
МАХ489
МАХ4Ю
МАХ491
Рис. 3.123. Типовая схема подключения ИС МАХ488-491 при организации попнодуплексной сети
по стандарту RS-485 (выводы~ и DE только для МАХ489/491)
..МАХl..М
МАХ488-МАХ491
Рис.3.124
- . . J :=х.: Типовая схема подключения ИС МАХ488-491
~----t........~..z....1..,..,.-
при использовании в качестве ретранслятора {выводы
~и DE топько для МАХ489/491)
DI
( 152 j СХЕМЫ ИНПРФЕЙСА
DI
DE RERO
DI
DE AERO
..МАХl..М
МАХ488
МАХ489
МАХ4Ю
МАХ491
Рис. 3.123. Типовая схема подключения ИС МАХ488-4 91 при организации попнодуплексной сети
no стандарту RS-485 (выводы Rt и DE только для МАХ489/491)
..МАХl..М
МАХ488-МАХ491
Рис.3.124
- . . J :=х.: Типовая схема подключения ИС МАХ488-491
~----t........~..z....1..,..,.-
при использовании в качестве ретранслятора {выводы
R"t и DE топько для МАХ489/491)
DI
4. МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
4.1 . Основные мостовые схемы и их работа
Эта глава посвящена мостовым схемам, которые часто применяются с измери
тельными усилителями. Основные методы проверки и поиска неисправностей
в подобных устройствах рассмотрены в главе 6.
В табл. 4.1 приведены характеристики ряда прецизионных измерительных уси
лителей, а в табл. 4.2 и 4.3 - краткие сведения о преимуществах и недостатках наи
более известных схем согласования для мостов постоянного тока. Характеристики,
перечисленные в табл. 4.1 -4.3, например коэффициент ослабления синфазного сиг
нала (КОСС), более подробно описаны в главе 6. Отметим, что в схемах этой главы
звездочкой обозначены пленочные резисторы с точностью 1% (если не указано иное).
4.1.1. Мостовой измерительный усилитель
На рис. 4.1 показана схема измерительноrо усилителя с 350-омным мостовым дат
чиком. Специальный тензометрический датчик давления типа BLH/DHF-350 обес
печивает выходное напряжение 3 мВ на каждый вольт напряжения питания моста.
Опорное напряжение (10 В), вырабатываемое микросхемой LT1021, через буфер
ный повторитель, выполненный на ИС А1А и А2, подается для питания мостовой
схемы, а также на отдельный выход и может быть использовано в качестве опоры
аналого-цифрового преобразователя для получения результата измерения в виде от
носительной (процентной) величины (см. главу 9). Усилитель АЗ (с коэффициен
том усиления 100) выделяет разностный сигнал моста и подает его на дополнитель
ный усилитель А1 В с регулируемым в небольших пределах усилением. Схему на
рис. 4.1 можно откалибровать таким образом, чтобы уровень сигнала на выходе был
равен точно 1О В при давлении, соответствующем максимуму выбранной шкалы.
Чтобы подстроить схему, вначале при нулевом давлении регулировкой ~нуль~ (пе
ременный резистор 1О кОм) добейтесь нулевого значения сигнала на выходе. Затем
установите максимальное значение давления и регулировкой~ Усиление• (перемен
ный резистор 1 кОм) - получите требуемое максимальное значение выходного на
пряжения. Повторяйте эти процедуры до тех пор, пока не зафиксируете обе точки
отсчета. (См. ~Linear Technology~. Application Note 43, р. 5.)
l154 I МОСТОВЬIЕ СХЕМЫ
Таблица4.1. Характеристики прецизионных измерительных усилителей
LTC1043
Параметр
LTC1100
LTC1101
LTC1102 (с использованием
усилителя LТС1050)
Напряжение
10мкВ
160 мкВ
500 мкВ
0,5 мкВ
смещения нуля
Дрейф напряжения 100 нвrс
2мквrс
2,5мквrс
5онвrс
смещения нуля
Ток смещения
50nA
8нд
50nA
10 nA
Шум (0.1 -10 Гц)
2 мкВ (размах) 0,9 мкВ
2,8 мкВ
1,8 мкВ
Коэффициент
100
10, 1
10, 1
Программируемое
усиления
сопротивление
Разброс~
0,03%
0,03%
0,05%
Возможное значение= 0,001%
(ограничено
сопротивлением)
Дрейф коэффициента 0,000004fC
0,000004fC
o,ooooosrc
Возможное значение
усиления
< o,000001rc (ограничено
сопротивлением)
Нелинейность
0,000008
0,000008
0,00001
Возможное значение =
усиления
=0,000001 (ограничено
сопротивлением)
Коэффициент
104дБ
100дБ
100дБ
160дБ
ослабления
синфазного сигнала
Источник питания
Одно- или
Одно- или
Двухполярное, Одно- или двухполярное,
двухполярное,
двухполярное, в сумме
в сумме не более 18 В
в сумме
в сумме
неболее44 В
неболее18В неболее18В
Ток потребЛения
2,2мА
105 мкА
5мА
2мА
Максимальная
1,5 В/мкс
0,07 В/мкс
25 В/мкс
1 мВ/мс
скорость нарастания
выходного напряжения
Ширина полосы
8 кГц
ЗЗкГц
220 кГц
10 Гц
пропускания
4.1.2. Мосrовой датчик давления с цепью автоматического регулирования
На рис. 4.2 показан вариант уменьшения напряжения синфазной ошибки мосто
вого датчика. ИС А1 управляет транзистором Q1, который удерживает напряже
ние в средней точке моста равным нулю во всем диапазоне рабочих режимов.
350-омный резистивный мост с напряжением питания 10 В в сочетании с усилите
лем А1 обеспечивает возможность установки стабильной рабочей точки, что позво
ляет устранить синфазное напряжение ошибки даже при однопроводном подклю
чении измерительного усилителя. (См. ~Linear Technology~. Application Note 43, р. 5.)
4.1 .3. Малошумящий мостовой усилитель
с подавлением синфазных сигналов
На рис. 4.3 показана схема, отличающаяся от изображенной на рис. 4.2 исполь
зованием малошумящих биполярных усилителей. Она обладает несколько боль
шим дрейфом напряжения сдвига и более низким уровнем шумов. Такая схема
ОСНОВНЬIЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ и их РА60ТА 11 ss I
Табnмца 4.2. Варианты схем согласования для мостов постоянного тока
Конфиrурация
Преимущества
Лучший выбор а общем случае. Простая
схема.Коэффициентослаблениясинфазного
сигнала (КОСС) обычно больше 110 дБ,
дрейф напряжения смещения - 0 ,05 -2 мквrс.
точность соблюдения коэффициента
усиления - 0,03% , дрейф коэффициента
усиления- 0,000004fC, шум - 10 нВ-
1,5 мкВ для УПТ со стабилизацией
прерыванием. Прямой выход опорного
напряжения
Недостатки
Коэффициент ослабления
синфазного сигнала, дрейф
и стабильность коэффициента
усиления могут не вполне
соответствовать требованиям
наиболее высокоточных схем.
Может потребоваться второй каскад
для подстройки усиления
d
"
КОСС > 120 дБ, дрейф напряжения
Средняя степень сложности
изготовления.Оrраниченная
полоса частот. Для установки
коэффициента усиления требуется
применение внешних резисторов
обратной связи
~
смещения - 0 ,05 мкВfС. Возможно
...
достижение точности соблюдения
коэффициента усиления 0,001%. Дрейф
коэффициента усиления- 0,000001fC при
использовании надлежащих резисторов.
Шум - 10 нВ - 1,5 мкВ/Гц112 для УПТ
со стабилизацией прерывением. Прямой
выход опорного напряжения. Простая
подстройка усиления. Применение
коммутируемого конденсатора обеспечивает
низкочастотную фильтрацию. Хороший
вариант при высоких требованиях
к характеристикам устройства - применение
монолитной версии (LТС104З)
КОСС > 160 дБ, дрейф Напрs!ЖеНИЯ смещения - ТребуеТ ПрИМеНеНИЯ плавающего
от 0,05 до 0,25 мк8fС. Возможно достижение питания. Отсутствует прямой ВЫХОД
точности соблюдения коэффициента усиления опорного напряжения. Дрейф
до 0,001 %. Дрейф коэффициента усиления - плавающего питания ограничивает
0,000001fC при использовании надлежащих коэффициент усиления. Для
резисторов и соответствующей стабильности установки усиления требуется
питающих напряжений, возможен уровень применение внешних резисторов
шума 1 нВ/Гц 112, простая подстройка
обратной связи
коэффициента усиления
.•
КОСС ::::140 дБ, дрейф напряжения
Отсутствует прямой выход опорного
напряжения. Напряжение пробоя
стабилитрона определяет усиление
и смещение нуля детчика. Для
смещения - 0 ,05 -0 ,25 мкВfС. Возможно
достижение точности соблюдения
" коэффициента усиления до 0,001%. Дрейф
~
коэффициента усиления - 0,000001fC при
использовании надлежащих резисторов
и соответствующей стабильности питающих
напряжений, возможен уровень шума
1 нВ/Гц112. Простая подстройка
коэффициента усиления
установки усиления требуется
применение внешних резисторов
обратной связи. Низкое полное
сопротивление мостовой схемы
требует существенного тока от
источника управляющего напряжения
или заменяющей его схемы. Данный
вариант не является хорошим
выбором, если необходима высокая
точность
оптимальна в случаях, когда необходимо получить высокую разрешающую способ
ность при измерении малых, медленно меняющихся величин. (См. ~Linear Techno·
logy~, Application Note 43, р. 6.)
4.1.4. Малошумящий мостовой усилитель со стабилизацией прерыванием
На рис. 4.4 показана схема, аналогичная изображенной на рис. 4.3, но в ней А1 -
усилитель со стабилизацией прерыванием, что позволяет уменьшить напряжение
l156 I МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
Табnица 4.3. Дополнительные варианты схем согласования для мостов постоянного тока
Конфигурация
Преимущества
КОСС > 160 дБ, дрейф напряжения смещения
0,05 -0,25 мквrс. возможно достижение
точности соблюдения коэффициенте
усиления до 0,001%, дрейф коэффициента
усиления 0,000001fC при условии применения
соответствующих резисторов, простая
подстройка усиления, выход опорного
напряжения, возможно достижение уровня
шумов 1 н8/Гц112
КОСС - 120-140 дБ, дрейф напряжения
смещения - 0,05-0,25 мквrс. возможно
достижение точности соблюдения
коэффициента усиления до 0,001%, дрейф
коэффициента усиления - 0 ,000001 rc при
Недостатки
Высокие требования к напряжению
смещения нуля, обычно используется
в изолированных усилителях, для
установки усиления нужны внешние
резисторы обратной связи
l:ребует следящих источников
питания. Подразумевается высокая
степень симметричности мостовой
схемы с целью достижения более
высокого косе. Для установки
условии применения надлежащих резисторов, усиления применяются внешние
простая подстройка усиления, прямой выход резисторы обратной связи
опорного напряжения, возможно достижение
уровня шумов 1 нВ/Гц112
•
~ КОСС - 160 дБ, дрейф напряжения
смещения - 0,05-0,25 мквrс. возможно
достижение точности соблюдения
На практике для реализации схемы
требуются два усилителя плюс
различные дискретные компоненты.
Необходим источник наnряжения
отрицательной полярности
"
коэффициента усиления до 0,001%, дрейф
коэффициента усиления - o,000001rc.
простая подстройка усиления, прямой выход
опорного наnряжения, возможно достижение
уровня шумов 1 н8/Гц112
+15V
+15V
+15V
LT1021
10V
Опорное
.----- --350----ом-н_ы_й_мост
___
овои
__
w ___ _.,._____________ _______
нал~~~ение10V
тенэQАВТЧИIС
Рис. 4.1. Измерительный усилитель с мостовым датчиком давления
Выходное напряжение
от О до 1OV соответствует
изменению дааленмя
от О до 350 фунтов/о.дюйм
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-~~~~
-1SV
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РА&ОТА l157 I
350Q 0,5W
Опорное
+15V-"IN,..._....___~Подст-ро11-·~ка------ttаn-ряж-е-ни-е
- 15V
3300
6
3300
По.д
сrройlса
нуnя
250'
1SV
100k'
1,.F
напряжение
w«ana 0-1 OV
30.1k'
сg.эо·
Рис.4.2
Мостовой датчик
давления с целью
автоматического
реrулирования
Рис.4.3
Малошумящий мостовой
усилитель с лодавлением
синфазных сигналов
сдвига. С помощью усилителя А 1 измеряется ошибка по постоянному току на вхо
дах усилителя А2, и полученный таким образом сигнал подается в качестве напря
жения смещения на второй вход усилителя А 1, чтобы снизить напряжение сдвига
на выходе схемы до нескольких микровольт. Усилитель А2 подключен таким об
разом, что система стабилизации всегда работает в пределах линейного участка
регулировочной характеристики. Конденсатор емкостью 0,01 мкФ ограничивает
нолосу пропускания усилителя А1 областью низких частот, в то время как усили
тель А2 обеспечивает обработку высокочастотной части спектра поступающего
сигнала. Подача напряжения обратной связи с выхода усилителя А2 в среднюю
точку моста позволяет устранить влияние усилителя А4 на напряжение сдвига.
В противном случае пришлось бы применить подобную петлю коррекции напряже
ния сдвига для усилителя А4. В целом схема имеет дрейф нуля менее 0,05 мкВ/0 С,
l1sa I МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
f1cw;Jpolla
нуnя
0.01
15У
3300
tOOll
-t5V
-t!llV
________
..,._
_ _ ,.(A•1ClllO)
аю-
Рис. 4.4. Малошумящий мостовой усилитель со стабилизацией прерыванием
уровень шумов - 1 нВ/Гц 11 2 и коэффициент ослабления синфазноrо сигнала, пре
вышающий 160 дБ. (См. ~Linear Techno1ogy», App1ication Note 43, р. 6.)
4.1 .5 . Мостовой усилитель с одним источником питания
и подавлением синфазных сигналов
На рис. 4.5 показана схема, аналогичная изображенной на рис. 4.4, но с одним ис
точником питания. В ней используется преобразователь положительного напряже
ния в отрицательное (LTC1044), который смещает вход усилителя А1 и связанную
с ним среднюю точку моста к уровню О В. Эта петля местной обратной связи позво
ляет усилителю А2 даже при однопроводном подключении выделить разностный
сигнал мостовой схемы. Применение резистивно-емкостного фильтра с сопро
тивлением 100 кОм и емкостью 0,33 мкФ позволяет минимизировать шумы.
Коэффициент усиления А2 устанавливается в соответствии с используемой из
мерительной шкалой. Так как питание на мостовую схему поступает от стаби
лизированного источника опорного напряжения, выполненного на микросхеме
LT1034, выход усилителя А2 не подвержен влиянию колебаний напряжения пи
тания. Несмотря на то что напряжение питание схемы равно 5 В, напряжение, по
даваемое на мост, составляет всеrо 2,4 В. Такое малое напряжение питания моста
+5V
100, .F
ОСНОВНЬIЕ МОСТОВЬIЕ СХЕМЬI И ИХ РАБОТА f 159 I
Выход опорного наnРАЖенмА 1,2V
-------е-----наАЦ11с DЮДНЬIМТОКОМ
100k
10k
Подстрой13
нуnя
ие боnее 0, 1А
8ьо1одное нмря*!!Ние
от О до З,5V соответствует
иэменению~
от О до 350 фунтов/u. дюilм
46k"
1oon·
Рис. 4.5 . Мостовой усилитель с одним источником литания и подавлением синфазных сигналов
приводит к снижению величины разносnюго сигнала и соответственно к увеличе
нию ошибок за счет дрейфа нуля усилителя А2. Предел снижения напряжения
питания моста определяется выходным сопротивлением КМОП ИС LTC1044.
Использован датчик давления типа BLH/DHF-350. Выводы обозначены буквами
в кружках. (См. «Linear Technology~, Application Note 43, р. 7.)
4.1 .6 . Мостовой усилитель с высокой разрешающей способностью
и одним источником питания
На рис. 4.6 показана схема, подобная изображенной на рис. 4.5, но обладающая
более высокой разрешающей способностью. В ней используется интегральный
преобразователь положительного напряжения в отрицательное типа LT1054, име
ющий, по сравнению с предыдущим, малое выходное сопротивление. При этом раз
ность потенциалов на мостовой схеме может достигать 8 В, что требует от LT1054
тока 24 мА, хотя эта ИС способна обеспечивать ток нагрузки до 100 мА. Такой ва
риант позволяет более эффективно использовать схему и приводит к увеличению
соотношения сиrnал/шум. (См. «Linear Technology~, Application Note 43, р. 7.)
4.1.7. Схема для точного измерения веса
На рис. 4. 7 показана мостовая схема с переключаемыми конденсаторами, которая
используется для измерения веса (в данном случае человеческого тела). Разреша
ющая способность равна 0,01 фунта ( 1 фунт== 0,406 кг) при максимальном значе
нии шкалы измерений в 300 фунтов. Для калибровки схемы установите с помо
щью переменного резистора ~подстройки нуля~ уровень выходного напряжения
l 160 1 МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
10,. F
2 САР+FlllSD V•
3 GND LJIOS4
5V
Рис. 4.6 . Мостовой усилитель с высокой разрешающей способностью и одним источником питания
равным О В при отсутствии груза на весовой платформе. Затем отрегулируйте
увеличение выходного напряжения до 3 В при наличии груза в 300 фунтов на
платформе. Повторяйте процедуры до тех пор, пока не зафиксируете обе точки
отсчета. В схеме использованы конденсатор 0,68 μF с полистироловым диэлект
риком, тензоплатформа NCI 3224 и резисторы (обозначенные звездочкой) типа
105А фирмы ULTRONIX. (См. ~Linear Technology~, Application Note 43, р. 8.)
+ 15V
+15V
Рис. 4.7. Схема для точного измерения веса
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА (!!!]
+Uпит.
мосrовой
схемы
• НEWLm.PACКARD HSSR-8200
·11874СО4
· 114 74СО2
Рис. 4.8. Мостовая схема с «плавающим» входом
4.1.8. Мостовая схема с ((плавающим)) входом
10Qk•
1ооа·
На рис. 4.8 показана мостовая схема с переключаемыми конденсаторами, с оптичес
кой связью и <tплавающим~ входом. Коэффициент подавления синфюного сигнала
).ЛЯ входных каскадов превышает 160 дБ. Усилитель сохраняет работоспособность
при изменении уровня синфазного сигнала в пределах от -200 до +200 В. Точность
поддержания установленного коэффицие1ца усиления и стабильность работы огра
ничены только внешними резисторами. Дрейф напряжения смещения составляет
0,05 мкВ(С. Оптическое управление М ОП транзисторами позволяет устранить
проблемы накопления заряда, свойственные схемам с переключаемыми конденса
торами на полевых транзисторах. (См. «LinearTechnology~, Application Note43, р.10.)
4.1 .9 . Мостов.ой резистивный датчик температуры
На рис. 4.9 показана мостовая схема с линеаризованным платиновым резистивным
датчиком температуры типа 118MFRTD, подключенным к «земле~ с целью повы
шения эффективности подавления шумов. На одно плечо моста поступает напря
жение смещения, а другое плечо, в которое включен чувствительный элемент RTD
.:хатчика, управляется источником тока. Это позволяет получить прямо пропорци
ональную зависимость падения напряжения на RTD от изменения величины тем
лературно-зависимого сопротивления. Рааность между этим падением напряжения
l162 I моаовыЕ схЕмы
и постоянным напряжением в средней точке дpyroro плеча моста образует выходное
напряжение мостовой схемы. Для калибровки схемы замените сопротивление RP точ
ным декадным магазином сопротивлений (Geneтal Radio 1432 кОм). Задайте значе
ние сопротивления маrазина равным 100 Ом, что соответствует температуре О "С,
и отрегулируйте смещение так, чтобы получить на выходе напряжение О В. Затем
замените сопротивление на 154,26 Ом, что соответствует температуре 140 "С,
и откорректируйте коэффициент усиления для получения на выходе напряжения
в 3,5 В. Далее установите сопротивление магазина равным 249 Ом (для температу
ры 400 "С) и при помощи регулировки линейности добейтесь, чтобы напряжение на
выходе составляло 1О В. Повторяйте эти действия до тех пор, пока не зафиксируете
все три точки отсчета. Общая погрешность во всем диапазоне измерений не должна
превышать ±0,05 °С. Приводимые сопротивления рассчитаны для чувствительноrо
элемента, имеющеrо номинальное сопротивление 100 Ом при температуре О 0 С. При
отклонении сопротивления чувствительноrо элемента от этой величины ero все же
можно использовать, но с друrими калибровочными значениями регулировочных
сопротивлений. (См. ~Linear Technology~. Application Note 43, р. 11.)
+15V
Рис. 4.9 . Схема с мостовым платиновым резистивным датчиком температуры
Выходное напрАЖенме
отОдо10V
~темпераtуре
от о·с до 400"C:t0,os-c
4.1.10. Резистивный датчик температуры с переключаемым конденсатором
На рис. 4.1 О показан вариант схемы, приведенной на рис. 4.9, в которой использу
ется переключаемый конденсатор, а усилители А2 и АЗ заменены на ИС LTC1043.
Однопроводное подключение источника тока и усилителя выходноrо разностноrо
сиrнала моста выполняется с помощью микросхемы LTC1043. Малое значение
величины напряжения сдвиrа в источнике тока и выходном каскаде обуслов
лено отсутствием усиления в ИС LTC1043. Главный критерий выбора между
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РА&ОТА j163 j
+15V
а г--.ffi.---,
1
1
1
1
1
""
1
е.а·
1
1
1000
~-------т npмl"aO"C
'='
':'
" : r0.01toF
':"
'='
-
Рис. 4.1 О. Схема с мостовым ппатиновым резистивным датчиком темперотуры и переключаемым
&:онденсатором
.IВумя указанными схемами - соотношение между количеством компонентов
и стоимостью изделия. (См. ~Linear Technology~. Application Note 43, р. 12.)
4.1.11. Терморезисторный мост с линейным выходом
На рис. 4.11 показано применение терморезистора в одном из плеч моста. Регули
ровкой противоположного плеча значение выходного напряжения моста устанав
.швается равным О В при температуре О 0 С. Усилители А1 и А2 дают возможность
33k
+15V--~~~----
LT1034
1.235V
1кn
Подстройка
дnя темnераtурЫ о ·с
+15V
Рис. 4.11 . Схема с терморезисторным мостом и линейным выходом (Тl - типа YELLOWSPRINGS # 4420 l)
l164 I МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
дополнительной коррекции коэффициента усиления для окончательной калиб
ровки выхода. Она производится таким же образом, как и для схемы платинового
резистивноrо температурного датчика - рис. 4.9 и 4.10. (См. ~Linear Technology~.
Application Note 43, р. 17.)
4.1.12. Мостовая схема с малой потребляемой мощностью
На рис. 4.12а приведена схема, аналоrичная изображенной на рис. 4.1, но в данном
случае напряжение питания мостовой цепи понижено до 1,2 В. Таким образом,
величина тока мостовой цепи понижается с 30 до 3,5 мА. Считывание значений
0,01% при напряжении питания 350-омноrо тензодатчика 10 В (рис. 4.1) требует
разрешающей способности З мкВ. Для схемы, показанной на рис. 4.12а, необходи
ма разрешающая способность 360 нВ. Схема на рис. 4.126 аналогична предыдущей,
но в ней значение тока мостовой цепи снижено до величины, меньшей 700 мкА.
(См. ~Linear Technology&-, Application Note 43, р. 18.)
4.1.13. Периодическое включение мостового тензодатчика
На схеме рис. 4.13 (производной от схемы, представленной на рис. 4.6) показан
способ уменьшения потребляемой мощности с одновременным сохранением уров
ня выходного сигнала мостовой цепи. Такое техническое решение приемлемо в том
случае, когда на выходе не требуется непрерывный сиrнал - большую часть вре
мени схема находится в состоянии покоя и включается только на относительно
короткий период. Типичный случай применения такого варианта - выполнение
опросов удаленных датчиков о весе резервуаров один раз в неделю. Значение тока
в состоянии покоя приблизительно равно 150 мкА, нормальное значение тока во
включенном состоянии - 50 мА. (См. ~Linear Technology&-, Application Note 43, р. 19.)
4.1.14 . Импульсной режим работы мостового тензодатчика
На рис. 4.14 показан мостовой тензодатчик, работающий в импульсном режиме.
На рис. 4.15 изображены осциллоrраммы сигналов на выходе ИС А1А (А), на
эмиттере Q1 (В), на выходе ИС 74С221 (С) и на выходе ИС А2 (D). Импульсный
характер работы задается последовательностью тактовых сигналов. Во включен
ном состоянии схема находится не более 250 мкс при частоте повторения около
2 Гц. Такое соотношение позволяет ограничить уровень потребления тока пример
но до 200 мкА. Генератор А1А выдает импульсы длительностью 250 мкс каждые
500 мс (сигнал А, см. рис. 4.15). При калибровке нужно установить нулевой уро
вень и коэффициент усиления. (См. ~Linear Technology&-, Application Note 43, р. 20.)
4.1 .15. Мостовой датчик с устройством выборки-хранения
На рис. 4.16 показан мостовой датчик, работающий по командам разрешения и с не
прерывной выдачей сигнала. На рис. 4.17 приведены осциллограммы сигналов на
коллекторе Q2 (А), на выходе LT1021 (В), на выходе А1 (С) и на входе S1 (D).
Непрерывность выдачи выходного сигнала подцерживается с помощью добавлен
ного в схему устройства выборки-хранения (УВХ). Транзистор Q2 выключен, если
сиrнал разрешения находится в состоянии низкоrо уровня. При этом только мик
росхемы А2 и S1 потребляют энерrию, в результате чего значение тока потребле
ния становится меньше 60 мкА. При переходе сигнала разрешения в состояние вы
сокого уровня транзистор Q2 (сигнал А на рис. 4.17) открывается и обеспечивает
а)
":'
6)
+!N
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РА&ОТА j165 I
+!N
350-омный rенэода1ЧИК
+!N
100k
LТ1004
1.2V
напряжение 1,2V
":'
Выходное напряжение от О до 5V
соответствует давnению
ОТ 0 ДО З0 фунrовjкв. дJOl9.t
Рис. 4.12. Мостовая схема с малой потребляемой мощностью: а) с напряжением питания моста 1,2 В
(датчик давления типа BLH/DHF·350); 6) с током моста менее 700 мкА (датчик давления MOTOROLA
МРХ2200АР)
подачу питания на все остальные элементы схемы. В течение выборки ток пи
тания достигает 20 мА, но при частоте повторения выборок 10 Гц эффективное
значение тока потребления снижается до 250 мкА. За счет понижения частоты
l166 j МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
sv
5V
10k
Команда
10k
выборки
_ _ __. . .,..,.,.-1
данных
200k
sv
v+в
+ 100,.U:
10,.F
Т Тантаnоsый
5 "=' диэлектрик
Vovт~--------"
Рис. 4.13. Схема с периодическим включением мостового тензодатчика
15k
13
1()1(
74С221
ЗО1k•
Команда наАЦП
Рис. 4.14. Схема с импульсным режимом роботы мостового тен:юдатчика
1ом·
повторения выборок можно было бы еще уменьшить эффективное значение тока
потребления, но этоrо не позволяет сделать большая скорость разряда конденса
тора С1 (около 1 мВ/100 мс). К тому же при частоте повторения 10 Гц обеспе
чивается вполне достаточная для большинства преобразователей ширина полосы
пропускаемых частот. Разброс чувствительности преобразователей (номинальное
А"' 108/деА.
8=58/деА.
1-
С=10В/No1·
D=2B/дen.
1
\
1
\
и
\
lf
\
J
J
\
Горизонтаnьная шкала= 50мЩД811
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА l167 j
Рис.4.15
Осцилпограммы для импульсного режима работы
мостового тензодатчика
значение 3 мВ/В) компенсируется регулировкой усиления с помощью перемен
ного резистора сопротивлением 1 МОм. Точность хранения сигнала на выходе А2
.10статочна для 12-разрядных систем. Хотя выходной сигнал выдается непрерыв
но, информация обновляется с частотой 10 Гц, и это следует учитывать при даль
нейшей обработке сигнала датчика, имея в виду известный критерий Найквиста.
(См. ~Linear Technology~. Application Note 43, р. 2()
6.sv-1ov- +v
у+
+1
"!
li.SVT010V
10k
47,,f
т--м
02
д/1311111СТ1J11
2N3906
10k
1онz
IOk
01
200k
~
1111борQ1
2NЗ904
--
100
=
1N41"48
Рис. 4.16. Схема мостового датчика с УВХ
Примечание к рис. •• - rюлuстuроловый ко'Нденсатор.
А=20В/дел.
8=48/дел.
С= 0,5 В/дел.
D=2В/дел.
,_
1
'-..
---
-~
(~v
,..,. ...
"-. .
f'......
,_\) vv
~
r--
·-
v
Рис.4.17
Гормзокrальная шкала= 200 мкс/дел.
Осциллограммы сигналов мостового датчика с УВХ
j 168 j МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
4.1 .16. Мостовой датчик высокой разрешающей способности с УВХ
На рис. 4.18 показана мостовая схема с высокой разрешающей способностью
и УВХ на выходе. На рис. 4.19 приведены осциллограммы сигналов на выходе уси
лителя А1А (А), на эмиттере QЗ (В), на выходе контура с усилителем А2, форми
рующего импульс обратной полярности для питания нижней вершины моста (С),
а также импульса на затворе QS (D), который формируется схемой задержки 74С221.
В данном случае на мостовой 350-омный датчик вместо 1О В кратковременно
721<
27М
27"'
2.7 "'
-1511
4111
10k
CI01 82 AI
7СС221
-55V
- +f- :1NC14&
!'ис. 4.18. Мостовой датчик высокой разрешающей способности _с_У_ВХ
___
В =50 В/дел. ,_!
С = 50 В/дел. i---\-'rl----+-+--+---tr---t---т--1---+----1
D=20В/дел.
--
Гориэоктаnьная шкала= 200 мкс/дел.
Рж.4.19
Осциллограммы сигналов мостового датчика
высокой разрешающей способности с УВХ
+15V
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА l169 I
подается импульс с амплитудой 100 В. Высокое напряжение питания приводит
к пропорциональному увеличению выходного сишала моста без возрастания рас
сеиваемой мощности на нем. В среднем ток питания мостовой схемы оказывается
значительно ниже номинального (29 мА), который получается при питании моста
постоянным напряжением 1О В. Комбинация моста с десятикратно увеличенным
выходным сигналом (300 мВ вместо 30 мВ) и усилителя со стабилизацией преры
ванием в каскаде выборки-хранения позволяет достичь высокой разрешающей
способности. В процессе калибровки с помощью переменного резистора сопротив
лением 50 кОм добиваются нулевого выходного сигнала при отсутствии механи
ческого воздействия на мост. Хотя выходной сигнал и выдастся непрерывно, нуж
но помнить, что на самом деле информация обновляется с частотой 1 Гц и при се
последующей обработке необходимо учитывать критерий Найквиста. (См. «Lincar
Tcchnology~, Application Notc 43, р. 23.)
4.1.17. Синхронный мостовой демодулятор с питанием переменным током
На рис. 4.20 приведена схема, в которой мостовая цепь объединена с синхронным
детектором для лучшего подавления шу:\юВ. На рис. 4.21 показаны осциллограммы
сиrшuюв демодулятора. Осциллограммы А - F показывают соответственно сигналы
на входе трансформатора Т1, на входе усилителя А1, такты коммутатора LTC1043,
сигналы на выходе усилителя А1, на неинвертирующсм входе усилителя А2 и на
выходе А2. Колебание несущей частоты возбуждает мостовую схему и синхрони
зирует демодулятор. Источником сигнала здесь служит термисторный мост, кото
рый обеспечивает отслеживание даже чрезвычайно малых температурных изме
нений в биохимической камере микрокалоримстричсских реакций. В процессе
lk
101<
1О1с'
Т1 • типа ТF55X11ZZ. TOROm
Rr •терr.1истор типа 44006, YSI
с сопротивлением б, 19 kll при 37,S"C
• • то чность 0,05%
Резисторы б, 19 kll типа S· 102 , VISНAY
LТС 1043 работает с питанием ±'fio/
Рис. 4.20. Схема синхронного мостового демодулятора с питанием переменным током
l170 1 МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
А=2~де11.1--+.L'~~.~-~~~-~·-·~·-·-·~·--~'-·-·~·-·...,_-+--ч-~
8 =2 В/~. 1-'--~-..c:~~f"l'oo.~""+-~-.=~+-""',j
С=50В/~.
~...+--+--t-=--+--+-----t---,t---+--t---1-
D=5 B/~.
Е=5В/~.
.........__-1--1-._....1--....------.-1--'-..........W-~
F=5B/~.
Гориэонтаnьная wкana =5 llC/~
Рис.4.21
Осциллограммы для синхронного мостового
демодулятора с питан~ем переменным током
калибровки регулировку фазы установите в положение, при котором ключ будет
менять свое состояние при каждом переходе напряжения несущей через нулевой
уровень. (См. ~Linear Technology», Application Note 43, р. 24.)
4.1.18. Мостовая схема, работающая в заданном временном интервале
На рис. 4.22 показана мостовая схема, которая работает в течение заданноrо про
межутка времени и удобна при измерении емкостей. Если ключ замкнуг, то на
выходе компаратора присутствует напряжение высокого уровня. Если ключ нахо
дится в разомкнутом состоянии, то емкость Сх заряжается. Когда потенциал на
емкости превысит пороговое значение напряжения, установленного для не инвер
тирующего входа компаратора, выход переключается в состояние с низким уров
нем напряжения. Время, которое проходит с момента размыкания ключа до пере
ключения компаратора, пропорционально значению емкости конденсатора Сх.
Схема нечувствительна к изменениям питания и частоте повторения импульсов
и может обеспечить достаточно высокую точность работы, если постоянная време
ни заряда емкости остается намного большей, чем задержки срабатывания компара
тора и ключа. Задержка срабатывания ИС LT1011 составляет примерно 200 нс, для
ИС LTC201A- 450 нс. Тоrда, чтобы обеспечить точность 1%, постоянная времени
цепи, содержащей конденсатор Сх и последовательно включенный резистор, долж
на быть не меньше 65 мкс. Если емкость конденсатора слишком мала, может быть
заметно влияние накопления заряда переключения. В этом случае переключение
должно выполняться путем попеременной подачи на мостовую схему напряжения
питания с уровнями О и + 15 В. (См. ~ Linear Technology~, Application Note 43, р. 27.)
4.1.19. Генератор прямоугольных импульсов
На рис. 4.23 показана схема rенератора на базе устройства, представленного на
рис. 4.22 . По суrи, это классический мультивибратор на операционном усилителе.
Плечо моста с резисторами 1О и 20 кОм задает напряжение точек переключения,
к уровню которых стремится напряжение на конденсаторе Сх в процессе заряда
через второй резистор с сопротивлением 1О кОм. Коrда напряжение на конденса
торе Сх достигает значения точки переключения, выход усилителя резко меняет
свое состояние на противоположное. Направление заряда конденсатора также ста
новится противоположным, подцерживая тем самым незатухающие колебания.
Частота колебаний зависит от компонентов мостовой схемы (это справедливо для
частот, период которых существенно превышает время задержки усилителя).
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА (!!!]
+15V
+15V
10k·
1()1(•
S1
2(М(•
LТС201А
Сх
--+--Вход
Рис. 4.22 . Мостовая схема, работающая
в заданном временном интерво~---
Рис. 4.23. Генератор прямоугольных
импульсов
Напряжение сдвига на входе усилителя и нестабильность напряжений питания
практически не влияют на стабильность частоты колебаний. Определенное влия
ние оказывают здесь степень насыщения усилителя и асимметрия питающих на
пряжений. (См. ~Linear Technology~, Application Notc 43, р. 27.)
4.1 .20. Генератор с кварцевой стабилизацией частоты
На рис. 4.24 показан мостовой rенератор с кварцевой стабилизацией частоты,
причем резонатор включен в одно из плеч моста. При удалении кварцевого резо
натора схема работает как неинвертирующий усилитель с заземленным входом
и коэффициентом усиления, равным 2. При установке в схему кварцевоrо резо
натора цепь положительной обратной связи замыкается на его резонансной час
тоте. На рис. 4.25 представлены осциллограммы сигналов генератора. Напряже
ние на выходе усилителя (А) начинает изменяться при приближении к нулевой
разности потенциалов между входами усилителя, то есть вблизи баланса моста.
Однако большое усиление цепи не допускает установления линейного режима ра
боты, и колебания повторяются каждый раз при подходе к балансу моста. Высокая
Рис. 4.24 . Схема генератора с кварцевой
стабилизацией частоты
r--- .
v--
r-
А= 10 В/дел.
\
/\
,'
"
'
"- ./
"-~'
__,
h
r--.,
'"""·
8=58/дел.
\
1
/
\/\"
\..,!
\"v
\", /
Горизоктаnьная wкала = 20 мкс/дел.
Рис. 4.25. Осциллограммы генератора
с кварцевой стабилизацией частоты
,--. .
"'·
l172 \ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
добротность кварцевого резонатора проявляется в том, что сигнал на неинвер
тирующем входе усилителя имеет синусоидальную форму (осциллограмма В).
(См. 4Linear Technolaь1)'~, Application Note 43, р. 27.)
4.1.21. Генератор гармонических колебаний
с кварцевой стабилизацией частоты
На рис. 4.26 показана схема мостового генератора гармонических колебаний с квар
цевой стабилизацией частоты, причем в одно плечо моста включена лампа накали
вания (классическая схема). При нарастании амплитуды колебаний сопротивление
лампы возрастает, что приводит к снижению усиления, и схема автоматически дос
тигает точки равновесия. Конденсатор емкостью 15 пФ подавляет побочные ко
лебания. На рис. 4.27 приведены осциллограммы сигналов в цепях генератора. На
выходе усилителя (А) присутствуют гармонические колебания с уровнем нелиней
ных искажений около 1,5% (В), которые обусловлены прежде всего наличием синфаз
ной помехи. (См. 4LinearTechnoloь1J~, Application Note 43, р. 28.)
Рис. 4.26. Схема генератора гармонических
колебаний с кварцевой стабилизацией частоты
---
·""
v
LГ,
/r\..
А=2~дел. ~~'.--+----ч--+--+-+-+---+----1--1---1
·, L/
\. i/
В=О,1 В/дел. r- /
r..
./"°'
"
(искажения - 1,5%)
'J
-
,..._,..
~
г...- -
Горизонтальная uпcana = 20 мкс/дел.
Рис. 4.27. Осциллограммы сигналов для
генератора гармонических колебаний
с кварцевой стабилизацией частоты
4.1.22 . Генератор с кварцевой стабилизацией частоты
и подавлением синфазного сигнала
На рис. 4.28 показана схема мостового генератора с кварцевой стабилизацией ча
стоты, подавляющего синфазные колебания за счет подключения второго усили
теля. Такая конфигурация обеспечивает в средней точке мостовой схемы потенци
ал ~виртуальной земли~. При этом амплитуда синфазного сигнала, поступающего
на входы усилителя, стремится к нулю, снижая тем самым уровень нелинейных
искажений выходного сигнала генератора. Из рис. 4.29 видно, что уровень нелиней
ных искажений выходного сигнала (осциллограмма А) составляет менее 0,005% (ос
циллограмма В). Измерение уровня нелинейных искажений сигналов рассматри
вается в главе 6. (См. 4Linear Technology~. Application Note 43, р. 28.)
4.1 .23. Базовая схема генератора гармонических колебаний с мостом Вина
На рис. 4.30 представлена базовая схема генератора гармонических колебаний
с мостом Вина. В одно из плеч моста включена лампа накаливания аналогично
схемам на рис. 4.26 и 4.28. Частота колебаний составляет f = 1/2 nRC. При указан
ных номиналах -f = 1000 Гц. (См. ~LinearTechnology~, Application Note 43, р. 29.)
Подавnение
синфазных помех
Лawia
наКЗJМвания
#327
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РА&ОТА l173 j
Горизонтальная шкала= 20 wс/дел.
~6 --Выход
1.6k
1.6k
Выход 1 Vэфф.
на частоте 20 kHz
Рис.4.29
Рис.4.28
Схема мостового генератора
с кварцевой стабилизацией
частоты и nодавлением
синфазного сигнала
Осциллограммы сигналов для мостового
генератора с кварцевой стабилизацией частоты
и nодавлением синфазного сигнала
Рис.4.30
Базовая схема генератора гармонических
колебаний с мостом Вина
4.1 .24 . Многодиапазонный генератор с мостом Вина
На рис. 4.31 приведена схема многодиапазонного генератора гармонических ко
лебаний с мостом Вина. Рабочий диапазон частот составляет 20 Гц - 20 кГц
в трех декадных поддиапазонах с неравномерностью амплитуды не более 0,25 дБ.
Сдвоенные переменные резисторы согласованы с точностью О, 1%, точность всех
конденсаторов составляет 0,1%. Осциллограмма А на рис. 4.32 показывает фор
му сигнала на выходе генератора на частоте 10 кГц, а осциллограмма В характе
ризует уровень нелинейных искажений сигнала (менее 0,003%). На рис. 4.33
представлен график зависимости уровня нелинейных искажений от частоты сиг
нала. (См. ~Linear Technology~, Application Note р. 43, р.р. 29, 30.)
f174 I МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
г
1
l2-LS, 1891
lнИЭ1СЗЯ частоТс1 (<50Hz)
Режим минимаяьных
±-::иа:аженмй
'='
Типоеой
режим
в =0,01 8//11!11.
(искажения - 0 ,003%) "-l.l"'-""""'Jt1<-~.._~.._ill"='""-J
Гормэонтапьная wicana =20 tl(J;/дeл.
Рис. 4.32. Осциллограммы выходного сигнала
rенератора на частоте l О кГц
-,
1
1
Выход
- 1()82
953•
10k
Рис.4.31
Схема многодиаnазон-
1:4оrо rенератора
гармонических
колебаний с мостом
Вина
ooso.- - --... .. .. . ---. --~- ...- ---- .
0.045 t----+----+-----+--~
0.040 -- -' -+\----+ -- -+ -- -- --!
>S 0.035 t----+-lk---\-+-----t-----1
ls 0.030
\ Типоеой режим
' # . 0.025 1-------4 .\
________
0.020 , ________________
0.015 f-НиэкаячастоТс1--'\~,---t----i
Режим мжимаnьнык 1
0.010 -иа:ажений
--+"'~--1------i
0.005 t----+-t"'- _
........
...;;;.i-""""'*="----'~----t
-----~..........._
.........
о .____......_________..___
о
20
200
2k
Частота. Нz
Рис. 4.33. График зависимости уровня
нелинейных искажений от частаты сигнала
20k
4.1 .25. Генератор гармонических колебаний с мостом Вина
и электронной стабилизацией амплитуды сигнала
На рис. 4.34 показана схема генератора гармонических колебаний с мостом Вина
и с дополнительным каскадом электронной стабилизации амплитуды сигнала вместо
лампы накаливания. На рис. 4.35 представлены осциллограммы сигналов в схеме ге
нератора. Осциллограмма А изображает выходной сигнал, осциллограмма В харак
теризует уровень его нелинейных искажений, а осциллограмма С - уровень пульса
ций на выходе выпрямителя, выполненного на ИС LT1055. (См. «Linear Technology•,
Application Note 43, р.р. 30, 31.)
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА l175 j
С1
0.047
В =0,01 В/деп.
С2
о 047
(ис~сажения - 0, 15%) -н--tt-0,.....,...~"--+-+-+++-++-1,..+-........+.-
C=1 В/деп. ,........_ . . .. . . ""Т" '._.... ....,... .,__._, ._"8-"1
(выпрямленное 1---+--+----+---+---+___,1--+---+--+-_,
переменное
напряжение) .___.___.___.___._--+---"'---'--_._.....___,
Горизонтальная wкала = 200 мкс/деп.
С1
0.047
1
г--
-
--
________ _.
1
2000
5
D
15pf
С2
о 047
Выход 1 Vэфф.
в диапазоне часrот
1,5 ·15 kHz,
f= 1/2 7tRC
(где RC =R1C1 =R2C2)
47k
1N4148
(монтируются
рядом)
10k
Рис.4.35
Рис.4.34
Схема генератора гармони
ческих колебаний с мостом
Вина и с электронной
стабилизацией амплитуды
сигнала
Осциллограммы сигналов для генератора с мостом
Вина и с электронной стабилизацией амплитуды
сигнала
Выход 1 Vэфф.
в диапазоне часrот
1,5 -15 kНz,
f= 1/2 7tRC
(где RC =R1C1 =R2C2)
47k
,.....-. .... .; v. VТ Y- - 1SV
LT1004·1 2V
1N4148
(монтируются
рядом)
10k
Рис.4.36
Схема высокостабильного
генератора с мостом Вина
J176 I МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
4.1 .26. Высокостабильный генератор с мостом Вина
На рис. 4.36 показана схема, а на рис. 4.37 приведены осциллограммы сигналов
высокостабильного генератора с мостом Вина, который представляет собой вари
ант устройства, представленного на рис. 4.34. Подстроечный резистор с сопротив
лением 20 кОм, включенный в цепь Q1t позволяет снизить уровень искажений
сигнала до 0,0018% (осциллограмма В на рис. 4.37). (См. ~Linear Technology~,
Application Note 43, р. 31.)
A=2В/IJJ3J1.
В= 0,01 B/IJJ3J1. ~lnllllil'k11~--~~~118rii:;Г
(искажения - 0,0018%)
t----t --t--t- -t--t--t--t--t--t--1
С= 1 В/дел.
(выnр11млекное
перемемное
напряжение) Горизонтальная wкапа =200 мкс/11J3Л.
t 200"
С1
0.1,af FILM
Установка часто1Ь1
R2
r----
2kt
Подстрой ~са
rюмжимуму
ис~сажений
100
120k
1,af
R1
Рис.4.37
Осциллограммы сигналов для высокостабильного
генератора с мостом Вина
С2
0.1,af
FILM
-IS V
Выход напряжения
с размахом 20V
в диапазоне
чеk:ТОТ 1,5 -15 kHz
4.7k
--------.~NV--15V
1N4148
(монтируются
рядом)
sv
lT1029
Рис. 4.38 . Схема генератора на мостовой цепи Вина с автоматической подстройкой сигнала
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РА60ТА l177 j
4.1.27. Генератор с мостом Вина и автоматической подстройкой сигнала
На рис. 4.38 показана другая версия схемы, изображенной на рис. 4.34, с добавле
нием функции автоматической подстройки для подавления искажений. Полевой
транзистор Q1 заменен сернисто-кадмиевым фотоэлементом, который управляет
ся оптическим сигналом. Вместо ОУ LT1055 установлен операционный усилитель
с однополярным питанием, его неинвертирующий вход подключен к ~земле». Уро
вень искажения сигнала снижен до 0,0015%. Устройство, отмеченное**,
-
фото
.1атчик VACTEC VTLSC10 или CLAREX CLM410; ОУ LT1010 и LT1115 с пита
нием ±15 В: LT1006 с питанием +15 В. (См. ~Linear Technology», Application Note
43, р. 33.)
4.1 .28. Генератор с мостом Вина и подавлением синфазного сигнала моста
На рис. 4.39 представлена еще одна версия схемы, изображенной на рис. 4.34, в ко
торой, помимо автоматической подстройки амплитуды сигнала, добавлена схема по
.з.авления синфазного сигнала моста (как на рис. 4.28). Выходной сигнал генератора
(осциллограмма А на рис. 4.40) содержит менее 0,0003% искажений (В) без види
\fоЙ корреляции с остаточными колебаниями сигнала обратной связи. Указанный
С1
0.1"F FILM
Установка частаты
г-- --
R2
Подавление синфазных помех
!iOO
24k
Подстройка
по минимуму
-=
искажений
100
R1
1
-
-
.J
Генератор
Sбk
120k
С2
О 1"F
FILM
Выход напряжения
с размахом 20 V
в диапазоне
частот 1,5 · 15 kHz
47k
..-----------'\l\,._-15V
1N4148
(монтир~тся
рядом)
sv
LT1Q29
Рис. 4.39 . Схема генератора с мостом Вина и подавлением синфазного сигнала
l178 I МОСТОВЫЕ СХЕМЫ
А=2В/деn.
В= 1 мВ/деn.
(искажения 0,0009%
rю документации;
реаnьно - 0,0003%)
с"" О, 1 В/деn.
(выпрямленное
переменное
наnраекие)
/""
-
/ ......
'-./ \J
-
-
r--
/" ....
'\..../
'\/
-
-
Горм3ОlfJа/\ьная wr.aлa"" 200 мкс/~.
Рис.4.40
Осциллограммы сигналов для генератора с мостом
Вина и подавлением синфазного сигнала
уровень искажений находится ниже порога чувствительности большинства анали
заторов искажений. Устройство, отмеченное ••, - фотодатчик VACTEC VТLSC 1О
или CLAREX CLM410; ОУ LT1010 и LT1115 с питанием ±15 В; LТ1006 с питани
ем +15 В. (См. ~Linear Technology~, Application Note 43, р.р. 32, 33.)
+5V
4.1k 4ЗО
180
Выход налряхеtfИА
.....,...,........___-.
переменного ТО«а
IСомnенсация
задерJККИ
180
Рис. 4:_~1. Схема вылрямителя/волыметра переменного тока с диодным мостом
A=S~дen. ...._+-~--+.......,.+--+->-'1--......_.'-+---1>.,~
В""10~деn. i--"f'>o..-+-...-::::i.__+.<"':::::ii---+."""'""~4"=,..._--.j
С"" 10 В/деn. +--+-~--t---t--t--t---t---t---+-~
D=2B/дen.
Е=1 В/~.
Рис.4.42
Гормэоктапьная wr.aлa дm1 А. В, С. D= 500 t'IC/дen.
Осциллограммы сигналов в ••епях вольтметра
ГфmКВЯьная wr.aлa дm1 Е "" 50 t'IC/дen. (без каnибровки)
чо
ОСНОВНЫЕ МОСТОВЫЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА f 179 I
4.1.29. Выпрямитель/вольтметр переменного тока с диодным мостом
На рис. 4.41 изображена схема для получения на выходе униполярного напряже
ния (как постоянного, так и переменного) при поступлении на вход сигналов час
тотой до 2,5 МГц. На рис. 4.42 показаны осциллограммы сигналов в цепях устрой
ства. На осциллограмме А - входное гармоническое колебание, В и С характеризуют
вид сигналов в переключаемых узлах моста, D изображает выходной сигнал пере
'\fенного тока, а Е - это увеличенный вариант осциллограммы D. В процессе ка
либровки следует подать на вход гармоническое колебание частотой от 1 до 2 МГц
и амплитудой 1 В, а затем отрегулировать компенсацию задержки так, чтобы при
пересечении гармоническим колебанием нуля происходило переключение моста.
Схема работоспособна в этом режиме при небольших значениях задержки в це
пях усилителя LT1016 и преобразователей уровня. Далее нужно подстроить ком
пенсацию сдвига по фазе до достижения минимальных искажений выходного
сигнала переменного тока (диаграмма D). Это позволит снизить фазовую задер
жку сигналов управления мостом относительно входного сигнала до 1-2 нс. Тем
самым искажения выходного сигнала при переключениях устройства будут све
дены к минимуму. При подаче на вход гармонического колебания с амплитудой
100 мВ передача на выход стабильного сигнала постоянного тока обеспечивается
с точностью· не менее 0,25%. Транзистор p-n -p типа 2N2407А, транзистор n-p-n
типа 2N2369. (См. ~Linear Technology~, Application Note 43, р. 34.)
5. БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
5.1. Основные быстродействующие схемы и их работа
В этой главе рассказывается о быстродействующих (широкополосных) схемах, ко
торые строятся преимущественно на базе операционных усилителей или представ
ляют собой дополнительные варианты использования возможностей операционных
усилителей. Вопросы тестирования, поиска и устранения неисправностей этих уст
ройств подробно рассматриваются в главе 6. Отметим, что в схемах этой главы звез
дочкой обозначены пленочные резисторы с точностью 1% (если не указано иное).
5.1.1. Усилитель ЦАП
На рис. 5.1 показан усилитель выходного сиrnала быстродействующего 12-разрядно
го ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь, см. главу 9). На рис. 5.2 представлена
осциллограмма установления выходного сиrnала с точностью до 0,01% за 280 нс (В)
для случая, когда все биты входного кода одновременно (скачком) переходят в со
стояние ~включено~ (А). (См. ~Linear Technology», Application Note 47, р. 32.)
Выходное
напряжение
0-10V
Рис.5.1
Lт.-1°тАИ Схема усилителя ЦАП
5.1 .2. Двухканальный видеоусилитель
На рис. 5.3 показан простой вариант объединения сигналов двух видеоусилителей
для передачи по 75-омному кабелю. Нужный усилитель активизируется согласно
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА / 181 /
'
А=5В/деn.
J
\
-
1\
В=4м8/деn.
---
--
~
"_
Рж.5.2
Гормэоктальная uncaлa = 100 нс}деn.
Осциллограммы сиrналов усилителя ЦАП
таблице истинности (см. табл. 5.1 ). К усилителям подобного назначения предъяв
ляются жесткие требования в отношении разности коэффициентов усиления (не
более 0,02%) и дифференциалыюго фазового сдвига (не более 0,1°). Включение
последовательно с 75-омным кабелем дополнительного резистора с сопротивле
нием 75 Ом (согласование по входу) приводит к тому, что при размахе напряже
ния на входе кабеля 2. В размах напряжения на согласованной нагрузке будет ра
вен 1 В. (См. «Linear Technology)), Application Note 47, р. 33.)
Uвх.1
КМОП ypoвttM
на входе
выбора канала
tk()
+5V
-SV
1k'1
Рж.5.3
Схема двухканального видеоусилителя
Таблица 5.1. Таблица истинности для двухканального видеоусилителя
Состояние входа
58
ов
ВыходА1
Активный
Неактивный
ВыходА2
Неактивный
Активный
t1a2 I &ЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
5.1 .3. Простой видеоусилитель
На рис. 5.4 показана простая версия видеоусилителя, изображенного на рис. 5.3,
который имеет только один видеоканал. Усиление сигнала с коэффициентом 1О
обеспечивается в полосе пропускания 55 МГц. (См. ~Linear Technology~, Appli-
cation Note 47, р. 33.)
5.1 .4 . Усилитель для приема сигнала с кабеля
На рис. 5.5 показан дифференциальный усилитель, применяемый для приема сиг
нала с распределительного кабеля. Дифференциальный вход обеспечивает подав
ление синфазного сигнала. Основные требования, которым должен отвечать по
добный усилитель, сводятся к следующему: разность коэффициентов усиления по
обоим входам - не более 0,02% и дифференциальный фазовый сдвиг - не более
0,1°. Примененная здесь микросхема имеет отдельный вход для регулировки ре
жима усилителя по постоянному току. (См. ~Linear Technology~. Application Note
47, р. 33.)
Uвх
-5V
1000
910'1
Рис. 5.4. Схема простого видеоусилителя
Uвх.
зооn
Рис. 5.5. Схема усилителя для приема
сигнала с 8'абеля
5.1.5 . Стабилизация по постоянному току
с использованием точки суммирования
\.TN611'· TA IO
На рис. 5.6 показана схема, в которой малое напряжение смещения усилителя по
стоянного тока (LT1097) сочетается с широкой полосой пропускания быстродей
ствующего усилителя (LT1191) для создания стабильного по постоянному току
широкополосного усилительного каскада. Усилитель LT1097 сравнивает потенци
ал точки суммирования (общая точка двух резисторов с сопротивлением по
1 кОм) с потенциалом земли и подает сигнал ошибки на неинвертирующий вход
усилителя LTt 191. В результате схема в целом обладает характеристиками инвер
тирующеm усилителя с напряжением смещения нуля не более 35 мкВ, дрейфом
напряжения смещения 1,5 мкВ/0С, максимальной скоростью нарастания напря
жения 450 В/мкс и шириной полосы пропускания 90 МГц. Ток смещения, в основ
ном определяемый ИС LTt 191, составляет около 500 нА. (См. ~Linear Technology)),
Application Note 47, р. 33.)
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ и их РА60ТА l1вз I
5.1.6. Стабилизация по постоянному току
с дифференциальным съемом напряжения смещения нуля
На рис. 5.7 изображена схема, аналогичная показанной на рис. 5.6, но с использо
ванием дифференциального съема напряжения смещения нуля с обоих входов бы
стродействующего усилителя. Подобная структура обладает следующими харак
теристиками: входное напряжение смещения нуля - не более 50 :мкВ, дрейф
напряжения смещения не превышает 1 мкВ/0 С, максимальная скорость нараста
ния напряжения - 250 В/мкс, ширина полосы пропускания - 45 МГц. (См. ~Linear
Technology~, Application Note 47, р. 34.)
1k
1k
Рис. 5.6 . Схема стабилизации широкололосноrо
усилителя по постоянному току с использованием
точки суммирования
выход
+15V
· +· Вход------1
9k
._"Вход
100k 100k
1k
0.01μFJ
D.D1μF
LJAНll7•TA7"l
Рис. 5.7 . Схема стабилизации
широкополосного усилителя по постоянному
току с дифференциальным съемом напряжения
смещения нуля
5.1 .7. Стабилизированный усилитель с высоким входным сопротивлением
На рис. 5.8 показана схема стабилизированного по постоянному току широкопо
лосного усилителя, высокое входное сопротивление которого достигается за счет
применения полевого транзистора. Входная емкость составляет около 3 пФ, ши
рина полосы пропускания - 100 МГц, коэффициент усиления- 10 (параметры
элементов в цепи обратной связи указаны на рис. 5.8). Усилитель А1 обеспечивает
стабилизацию схемы за счет управления каналом полевого транзистора Q1 с по
мощью дополнительной петли обратной связи. (См. ~Linear Technology~, Appli-
cation Note 47, р. 34.)
5.1 .8 . Стабилизированный усилитель с коэффициентом усиления 10
На рис. 5.9 представлен вариант схемы стабилизированного по постоянному току
усилителя с дифференциальным входом, а на рис. 5.10- осциллограммы СJJедую
щих сигналов: А - на одном из дифференциальных входов схемы, В
-
на выходе
l184 / БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
Вход +15V
01
2N548б
- 15V
10М
1ом
T0.1μF
10k
*0.1μF
LTllWll7•TA1 'J
Рис. 5.8. Схема усил~~-еля со стабилизацией по постоянному току и с высоким входным сопротивлением
Вход
А=О,2В/дел
8=28/дел.
С=2В/дел.
D= 2B/дesL
-
-
-
-
1
1
:.......J
('~
L1
'
...
i,......-
\
!__)
'~
~
\
Гориэонтальнаs~ шкала = 1 мкс/дел.
1.14 'N4J•IA7)
Рис.5.10
Выход
Рис.5.9
Схемо стабилизированного
усилителя с дифференциаль
ным входом и коэффициен-
. ,_,.•",.
том усиления 1О
Осциллограммы сигналов стабилизированно
го усилителя с дифференциальным входом
и коэффициентом усиления l О
усилителя А1 (снято с 500-омного переменного резистора после емкости 0,001 мкФ),
С - на выходе усилителя А2, D - на выходе усилителя АЗ. При калибровке снача
ла нужно установить резистор настройки коэффициента усиления по переменно
му току в положение, при котором форма импульса на выходе схемы будет наибо
лее близка к прямоугольной. Затем резистором настройки коэффициента усиления
по постоянному току установить максимальное значение амплитуды плоской
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ и их РАБОТА l 1ss 1
1tt·ршины выходного импульса (осциллограмма D). Коэффициент усиления схе
·ы 10, полоса пропускания- более 35 МГц, максимальная скорость нарастания -
. '>0 В/мкс, напряжение смещения нуля - около 200 мкВ. (См. ~Linear Technology~,
\pplication Note 47, р. 35.)
5.1 .9 . Стабилизированный усилитель с коэффициентом усиления 1000
На рис. 5.11 изображена схема, аналогичная представленной на рис. 5.9, но с ко
эффициентом усиления 1ООО. Полная полоса пропускания по малому сигналу -
около 35 МГц, полоса пропускания при максимальной мощности - 10 МГц, время
t:Jарастания - 7 нс, задержка - менее 7,5 нс. Входной шум не превышает 15 мкВ
в пределах всей полосы пропускания. На рис. 5.12 показана реакция схемы на вход
FlоЙ импульс длительностью 60 нс и амплитудой 2,5 мВ (осциллограмма А). Время
Вход
2k
2k
200pFT
Вход 111м1
250'1
..
2•
7pf-<15pF Подстройка рления ВЧ канала
ВЧ
(см. текст)
коррекция
Выход 1
'---+---.-~--+-- l{I)
Выход2
..._--t---+----+--•"
r
1111
114
411
>---------Выход
9.О911·
1k
T200pf
-~i Подбор ре3ИСТор3 (нам. 240 kЩ
Д11R llО,Щ:1РОЙЮ1 )СМJВ1И11 НЧ канаnа
(см. те«сr)
Рис. 5.11. Схема дифференциального усилителя со стабилизацией no nостоянному току
и коэффициентом усиления 1ООО (номера выводов в с_кобкох для корnусо Dl~I
f 186 f &ЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
нарастания и задержки тысячекратно усиленного сигнала (осциллограмма В) на
ходится в пределах от 5 до 7 нс. Выбросы на переходной характеристике могут
быть скомпенсированы путем подстройки усилителя А1. На рис. 5.13 приведена
зависимость коэффициента усиления от частоты. Как видно, усиление остает
ся практически постоянным с отклонениями не более 0,5 дБ вплоть до частоты
20 МГц и снижается на 3 дБ при 38 МГц. Выбросы на вершине импульса, замет
ные на рис. 5.12, вызваны небольшим подъемом частотной характеристики, кото
рый начинается с величины 1 МГц и заканчивается на частоте 15 МГц. При не
обходимости частотная характеристика усилителя может быть скорректирована
вплоть до полного устранения выбросов на фронтах выходного сигнала.
А = 500 ..В/дел
в =0,58/дел
г;
\
~
/1
\
./
1/
1\
11
1'. i
1/
\\
llJ
\
Гормэонтапьная W1СаЛ3 =1О ~дел.
-
-
LJNМJ.tan
~~~~~RK B:RE~ о MKR а0 sзз аб1.?91 Hz
1.000
120.0
T/R -2 .89983
dB
[ dB i][i_
1
d......•"'""11~,___._8_~:~j-~
d•&
······+········-
1
·-·· ~-+· ··········!··-·······~- ·+··l··t········+········j·· ··1·+·1··········
Рис.5.12
Осциллограммы сигналов nри nодаче
на вход усилителя импульса длительнос
тью 60 нс и амплитудой 2,5 мВ
DIV
DIV
START
100 000.000 Hz
1.еее 20. 00
STOP 200 000 000. 000 Hz: Рис. 5.13
=~~:3~:0~~0~~~i3.? ••с RANGE=R- 10, т- 10dBm Частотная характеристика
Для отладки схемы подайте низкочастотный сигнал (ми сиrnал постоянного тока)
заданной амплитуды и отреrулируйте подбором резистора 240 кОм (см. рис. 5.11)
коэффициент усиления по низкой частоте до получения тысячекратно усиленно
го выходного сигнала (в установившемся режиме). Затем переменным резистором
250 Ом установите коэффициент усиления по высокой частоте таким образом,
чтобы устранить выбросы на переднем и заднем фронтах выходного импульса.
И наконец, реrулировкой переменноm конденсатора добейтесь оптимальной формы
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РА&ОТА l187 J
фронта и спада импульса на выходе схемы. На рис. 5.14 представлены осцилло
rраммы входного (А) и выходного (В) сигналов при правильно выполненных на
стройках. На рис. 5.15 видно влияние избыточного усиления по высокой частоте
(значительные выбросы на фронтах импульсов), а на рис. 5.16 - влияние избыточ
ного усиления по постоянному току, то есть затягивание процессов установления
и спада переходной характеристики, неравномерность вершины. (См. -«Linear Tech-
nology•, Application Note 47, р.р. 36, 37.)
А= 0,002 В/~.
В= 28/деn.
1
..J
А"" 0,002 В/дел
..... ~
в =28/деn. -
1
А= 0,002 8/деn·U
8=28/дел. r"'
~
J
1
1
1
1
Горк:юктальная шкала• 100 мr.с/дел.
1
1
1
v-~
Гориэонтапьнаяшкапа"" 100мr.с/дел.
1
1
1
.........
r-. _
Гориэонrальная wr.aлa =100 мr.с/дел.
Lf.,..J •tAlt
Рис.5.14
Осциллограммы входного и выходного
сигналов при правильно выполненных
ностройкох
Рис.5.15
Влияние избыточного усиления в области
высоких частот{значительные выбросы
на фронтах выходного сигнала)
Рис.5.16
Влияние избыточного усиления в области
низких частот (затягивание процессов
установления и спада, неравномерность
вершины)
5.1.10. Быстродействующий дифференциальный приемник сигналов
с двухпроводной линии
На рис. 5.17 показана схема простого быстродействующего дифференuиального при
емника сигналов с двухпроводной линии на базе усилителя с десятикратным
усилением LT1194. На рис. 5.18 приведена схема проверки приемника, а на рис. 5.19 -
l 1aa 1 БЫаl'ОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
полученные при этом осциллограммы сигналов. Генератор гармонических коле
баний возбуждает первичную обмотку трансформатора Т 1 (осциллограмма А на
рис. 5.19), при этом на его вторичной обмотке со средней точкой формируется
сигнал, который поступает на дифференциальные входы двухпроводной линии
связи. Средний отвод вторичной обмотки соединен с ~землей)) через широкопо
лосный генератор шумов, благодаря чему на входах приемника (осциллограммы
В и С) появляется синфазная шумовая помеха. Выходной сигнал усилителя А1
(осциллограмма D) представляет собой десятикратно усиленный дифференциаль
ный сигнал на входе устройства и не содержит видимых шумов и искажений, не
смотря на то что отношение шум/сигнал при проверке устанавливалось равным
100:1. (См. ~Linear Technology~, Application Note 47, р. 38.)
Вход
дифферен·
циалыюго
cиrnana
+J •НР 5082-2810
Генератор
си'rа°=и~ых..._....,__
Z0=50Q
10tc
А
на входы
дифференцмаnьной
___,
,..._--.в_ llMKИM СВЯЗИ
Схема генератора
тест-сиrнаnа
+5V
+5V
Рис.5.18
Рис.5.17
Схема быстродействующе
го дифференциального
nриемника сиrналов
с двухпроводной линии
Схема проверки быстродействующего дифферен
циального приемника сигналов сдвухnроводной
Генератор
шума
(стзнд., типа
Radio 13008)
"_,_ ,_
линии
0=50/дел.
ГDрМэОtПаllьная wкana = 1м~/wт.
Рис.5.19
Осциллограммы, полученные при проверке
быстродействующего дифференциальноrо
приемника сигналов с двухпроводной линии
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА l189 \
5.1 .11 . Усилитель с трансформаторной связью
На рис. 5.20 показан другой способ эффективного подавления синфазных сиrnа
лов при одновременном обеспечении надежной трехступенчатой изоляции. Здесь
вход, каскад усиления и выход гальванически развязаны между собой. Такую схе
му целесообразно применять в случае, когда входной дифференциальный сигнал
имеет значительную синфазную составляющую, а качество сигналыюго заземле
ния невысоко. При использовании приведенных па рис. 5.20 номиналов схемных
элементов усилитель А1 обеспечивает усиление сигнала с коэффициентом 11.
Трансформатор Т1 возбуждает вход усилителя А1, а выходной сигнал снимается
со вторичной обмотки Т2. На рис. 5.21 показаны осциллограммы сигналов (сня
тые относительно ~земли~) усилителя с трансформаторной связью при подаче па
его вход гармонического колебания с частотой 4 МГц. Входной сигнал (осцилло
грамма А) поступает на первичную обмотку трансформатора Т1. Со вторичной об
мотки Т1 сишал (осциллограмма В) поступает па вход ИС А1, которая обеспечива
ет усиление сиrnала. С выхода А1 усиленный сишал (осциллограмма С) передастся
па первичную обмотку трансформатора Т2. Выходной сиrnал всего устройства (ос
циллограмма D) снимается со вторичной обмотки трансформатора Т2. При исполь
зовании специализированных трансформаторов частоту низкочастотного среза схе
мы можно довести до 10 кГц. (См. ~Lincar Technology~. Application Note 47, р. 39.)
tk
Рис. 5.20. Схема усилителя
с-~р~~_сформаторной связью
А= 0,2 В/дел.
В =0,2 В/дел.
С=2Б/дел.
D=2В/дел.
1--~~"---+---#4~-+--+...........-+--+-Н'+-___,
t---+---1~--+-Н~-+--+~-+'<-'.-+_.,..,.+----1
Горизонтальная wкала = 50 нс/дел. LT.....,• J All
Рис. 5.21. Осциллоrраммы сиrналов усилителя
с трансформаторной связью
~~~~~~~~~~
5.1 .12. Быстродействующий дифференциальный усилитель-компаратор
с регулируемым порогом
На рис. 5.22 представлена схема, которая позволяет выделить и усилить один оп
ределенный участок сишала. На рис. 5.23 (В) показан результат подачи на инвер
тирующий вход усилителя А2 напряжения треугольной формы (осциллограмма
А), генерируемого ИС LT1019. Если установить амплитуду треугольного колеба
ния существенно больше напряжения смещения на входах усилителя А2, то схема
обеспечит возможность линейного усиления и детального изучения только участ
ка сиrnала, ширина которого равна разности напряжений смещения прямою и инвер
сного входов усилителя А2, а его положение па оси времени будет задаваться регули
ровкой амплитуды и выбранной полярностью напряжения треугольной формы.
( 190 J GЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
Вход
+5V
IN
10k"
LТ1019
2.5V
GND
":"
OUT
Дnя А шкала= 20 мЩмл.
Дnя В шкала= 2 мЩ~.
L1'АМ17•Т&81
Рис.5.23
Рис.5.22
Схема быстродействующеrо
дифференциального усилителя
компаратора с реrупируемым
порогом
Осциллограммы сигналов быстродействующе
го дифференциального усилителя-компара
тора
Варьируя напряжение источников питания усилителя, можно регулировать конт
ролируемый диапазон амплитуд входного сигнала (за счет изменения разности
входных напряжений смещения), однако при этом из-за перегрузки осциллографа
ухудшается разрешающая способность схемы. Аналогично при увеличении коэф
фициента усиления усилителя А2 можно повысить детальность исследуемых сиг
налов, однако при этом возникают определенные ограничения на количество ви
дов колебаний, которые можно наблюдать на экране осциллографа. Фактически
данная схема выполняет те же функции, что и различные сменные блоки осциллогра
фа. Она обладает точностью не менее 0,1% в течение 100 нс после вхождения в зону
линейного усиления. (См. ~Linear Technology~, Application Note 47, р.р. 39, 40.)
5.1.13. Двухпороговый усилитель-компаратор
с регулируемым окном
На рис. 5.24 приведена схема, аналогичная изображенной на рис. 5.22, но ее от
личает наличие двух каналов, которые позволяют исследовать форму сигналов
в окне между двумя регулируемыми порогами. Они регулируются как по уровню,
так и по знаку.
Как видно из рис. 5.24, полярность напряжения смещения, поступающего на ин
вертирующий вход А2., определяется состоянием выхода компаратора А1. На рис. 5.25
представлена форма выходного сигнала схемы (осциллограмма В) при подаче на
вход гармонического колебания (осциллограмма А). Значения верхнего и нижнего
ОСНОВНЫЕ &ЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РА&ОТА (!!!]
>-------------------------------~Выход
+5V
1k
~.
Uсравн.+
~~3:..,____ -.,,..""""___ .....~
~~-...-JVV~-.....
напряжения верхнеrо rюpora
Vcompare+
1k
240'1
240'1
02
2N2369r-+- -- - -- -- -'
-5V
1k
.~.
Uсравн.-
-sv
"2~.l.
~-~~
~ налряжения нижнеrо порога
Vcomoore-
+5V
05
2NЗ904
06
2NЗ906
-5V
1k
Рис. 5.24. Схема двухnороrового усилителя-комnаратора с раздельной реrулировкой порогов и уровня
ограничения
Гориэоктальная wкала =5 мкс/~
Рис.5.25
Осциллограммы сигналов двухnорогового
усилителя-компаратора
пороговых напряжений -VсомРАRЕ и+V сомРлRЕ по абсолютной величине не превыша
ют амплитуды гармонического колебания. Цепь реrулировки уровня ограничения
VCLAMP введена для предотвращения насыщения (и временной потери усиления) уси
лителя при выходе исследуемых сигналов за пределы окна. Сигнал на выходе схемы
l192 J &ЬIСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
(В) одновременно показывает детали обоих пиков гармонического колебания.
(См. qLinear Technology~, Application Note 47, р.р. 40, 41.)
5.1 .14 . Усилитель с фотодиодом
На рис. 5.26 представлена основная схема усилителя с фотодиодом, в табл. 5.2 - зна
чения выходного сигнала при различных параметрах тока фотодиода, а на рис. 5.27 -
осциллограммы входного (А) и выходного (В) сигналов схемы при отключении
конденсатора обратной связи емкостью 3 пФ. Обратите внимание на выбросы
амплитуды и затухающие колебания сигнала до его полного установления. На
рис. 5.28 показаны осциллограммы входного (А) и выходного (В) сигналов схемы
при включении указанного конденсатора в цепь обратной связи, что позволяет ус
транить выбросы на фронтах и колебания на вершине импульса. Заметим, однако,
что при отключении емкости обратной связи быстродействие усилителя возраста
ет на 50%. (См. qLinear Technology~. Application Note 47, р.р. 41, 42.)
Зрf
-
1
h
v-
В= 108/деп 1
\.
·--
v rv-
.
'..
-· ....
.. g.
...... Е
НЕWLЕТТ·РАСКАRО НР5082-42а-.
Гqкюнтаnьная wкana =- 500 W:./1'JJI•
Рис. 5.26. Основная схема усилителя
с фотодиодом
Рис. 5.27 . Осциллограммы сигналов усилителя
с фотодиодом nри отключении емкости обратной связи
Таблица 5.2. Значения выходного сигнала nри различных значениях тока фотодиода
Мощность светового потока (900 нм)
1 мВт
100 мкВт
10 мквт
1 мквт
100 нвт
,_
А= 175 MrJ,/1'JJI.
1
"
'
B=58/1'JJI.
/
i\
/
~L/
~•.а"
\.
... ".
Горизонтальнаs~ wкana = 200 w:,/1'JJI.
Ток фотодиода
Выход схемы
З50мкА
10в
З5мкВ
1в
З,5мкА
0,1 в
з50нд
0,01 в
З5нА
0,001 в
Рис.5.28
Осциллограммы сигналов усилителя
с фотодиодом при включении емкости
в цеnь обратной связи
ОСНОВНЫЕ &ЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХРА&ОТА J193 \
5.1.15. Быстродействующий фотоинтегратор
На рис. 5.29 показана схема усилителя с фотодиодом, разработанная специально
для тех случаев, когда необходимо измерить энергию светового импульса (или
ряда световых импульсов). Схема представляет собой интегратор с очень высоким
быстродействием. Ключ S 1 обеспечивает сброс заряда. Ключ S2, включенный од
новременно с S1, обеспечивает компенсацию ошибки, обусловленной зарядом пе
реключения ключа S1. Если отсутствует фототок (осциллограмма А на рис. 5.30)
и ключ S1 замкнут, то А1 функционирует как заземленный по входу повторитель.
При этом напряжение на выходе А1 (С) остается равным О В. А1 начинает ра
ботать в качестве интегратора, как только разомкнется ключ S1.
В этом состоянии интегратор готов к приему и интегрированию импульсов фото
тока. При попадании светового потока на фотодиод (импульс на осциллограмме В
означает световую вспышку, ~видимую~ фотодиодом) начинается интегрирование
сигнала. Напряжение на выходе интегратора А1 после окончания световой вспыш
ки характеризует полную энергию светового импульса. При калибровке закройте
фотодиод от света и установите такое значение емкости подстроечного конденса
тора, чтобы напряжение на выходе А1 было равным нулю сразу после переключе
ния ключей S 1 и S2. В схеме используются конденсаторы с полистироловым диэ
лектриком. (См. ~Linear Technology~, Application Note 47, р. 42.)
Вход
упр авn ения ______.,. .._ ___
Работа
•St
~5V
:1/4LTC201
ov
r---1-0~ 11
:
2pF :
: Сфотодиода:
:_ --1 ~--:
10pf
lфо тод иода
в
__ __
-
7
tOpF
~
":"'
'S2
: 1/4 LTC201
б
17~~·~
+f- " HEW LE TT PACКARD НР5082-4204
Рис. 5.29 . Схема усилителя с фотодиодом,
-редназначенная для измерения энергии
светового потока
1 Зак. 733
А=2В/дел.
B=S В/дел.
С=5В/деn.
-
(
1
1
\
/
/,
/
·-
Горизонтальная wкала = 200 нс/дел.
Рис. 5.30. Осциллограммы сигналов усилителя
с фотодиодом при импульсном освещении
&.T. .. ..1•1&g.&
f 194 J 5ЬIСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
5.1.16. Приемник длSI волоконно-оптической линии связи
На рис. 5.31 показана простая схема быстродействующего приемника сигналов,
передаваемых по волоконно-оmическому кабелю. На рис. 5.32 представлены ос
циллограммы импульса фототока (А), выходного сигнала усилителя А1 (В) и вы
ходного сигнала усилителя А2 (С). А2 сравнивает значения выходного сигнала А1
с регулируемым порогом и в случае его превышения формирует выходной сигнал.
совместимый с логическими уровнями последующих цифровых схем. (См. •Linear
Technology•, Application Note 47, р. 43.)
4)
1фотодмода =2.0 ·350 μА
-
r
А=SВ/деп
1
~
в =0 ,28//, ' ld/I.-
--
С=2В/.Qe1I.
fOk
0.1
\
\-
--
-
~
!
Гориэоктальная шкала = 20 tr;/wмi.
-
~
\\ __
Рис.5.31
Приемник для волоконно-олтической линии
связи
Рис.5.32
Осциллограммы сигналов nриемника
для волаконно·оптической линии связи
5.1.17. Адаптивный приемник для волоконно-оптической линии связи
в диапазоне частот до 40 МГц
На рис. 5.33 представлена схема, обеспечивающая прием данных. передаваемых по
волоконно-оптическому кабелю в диапазоне частот до 40 МГц при динамическом
диапазоне оmического сигнала до 40 дБ. Цифровой выход формируется следящей
пороговой схемой, которая автоматически подстраивается под изменения интен
сивного оmического сигнала. Аналоговый выход (с усилителя А2) позволяет кон
тролировать сигнал фотодетектора. На рис. 5.34 представлены осциллограммы
ОСНОВНЫЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РА&ОТА f 195 j
выходных сигналов импульсного генератора (А), усилителя А2 (В) и микросхемы
LT1016 (С), полученные при проверке приемника с помощью оптического им
пульсного генератора (см. рис. 5.33). Осциллограммы сняты при значении фото
тока 5 мкА и частоте сигнала около 20 МГц. (См. - .:Linear Technology•, Application
Note 47, р. 44.)
-----+sv
Зk
lфotO • O,S. .350 f.LA
5011
Рис. 5.33 . Схема адаnтивного nриемника для волоконно-оnтической линии связи
в диаnазоне частот до 40 МГц (транзисторы p-n-p тиnа 2N3906; транзисторы n-p -n типа 2NЗ904)
Рис.5.34
Осциллограммы сигналов, полученные
nри nроверке адаnтивного nриемника
для волоконно-оnтической линии связи
l196 I 6ЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЬI
5.1 .18. Точный аналоговый перемножитель в диапазоне частот до 50 МГц
На рис. 5.35 представлен аналоговый перемножитель с несимметричным выходом.
При изменениях частоты сиmала от постоянного тока до 50 МГц погрешность пе
ремножения не превышает 2%, уровень просачивания входных сигналов на вы
ход - 50 дБ. На рис. 5.36 приведены осциллограммы, полученные при перемноже
нии гармонического колебания с частотой 20 МГц и сигнала, представленного на
осциллограмме А. Выходной сигнал (осциллограмма В) - это мгновенный отклик
схемы, представляющий собой произведение входных сигналов. Максимальный
диапазон сигнала на выходе составляет ±1 В. В процессе калибровки подстройте
конденсатор по минимуму выбросов на прямоугольной части оrnбающей выход
ного сигнала. (См. 4Linear Technology~, Application Note 47, р. 45.)
+
ТО.01 Ttpf
)(IN
Х1
+Vs
Вход,
Х2
~±1V
АDВ34
V1N
У1
У2
-Vs
-=-
W1
W2
-7.5V
>----..- Выход,
+r • 1N4148 -:-
диапазон ±1 v
soon·
Выход" (XJ • X2t{Y1 - V2J
500n·
•
-
мe1iilV10f1JleННЬll! резисторы
с точностыо О.19&
~ - феррtnовые &р.нки
FERRONICS •21-110.J
Рис. 5.35. Схема аналогового nеремножителя с несимметричным выходом
B=0,58/NoJ.
Гориэоtпалt~наЯ шкала= 40 w.;/NoJ.
5.1.19. Усилитель мощности
&.JAIМJ•fAtOID
Рис.5.36
Осциллограммы сигналов nри nеремноже
нии импульса и гармонического колебания
с частотой 20 МГц
На рис. 5.37 показан усилитель мощности с выходным током до 200 мА, использу
емый с усилителем LT1220. На рис. 5.38 приведены осциллограммы сигналов на
входе (А) и выходе (В) самого усилителя мощности (без ИС LT1220). Общая задер
жка составляет около 1 нс. На рис. 5.39 изображены осциллограммы сигналов при
ОСНОВНЫЕ 6ЬIСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ И ИХ РАБОТА l197 I
подключении в схему ИС LT1220 и при подключении к выходу 50-омной нагруз
ки. При подаче сигнала на вход LT1220 (осциллограмма А) имеет место опреде
ленное ограничение скорости нарастания выходного напряжения ( осциллограм
ма В). (См. ~Linear Technology~, Application Note 47, р. 46.)
Вход
1k
ЗрF
1k
-0-
- ферр ктое ые б уси нки FERRONICS #21-11 OJ
01 ,04 - 2NЗОО6
02,QЗ - 2N3004
05 -2NЗ866
Об • 2N5180
-+Т -1N4148
Рис. 5.37. Схема усилителя мощности
А=2В/дел.
В=2В/дел.
1
11
'/
J1
~
~
~
~
~
-r;
\ -........
-
А=2В/дел
В=2В/дел
(инвертированный
01ПW\)
,_
1-
..
r-- .. ...
-·
-
·-
ГОj)И.1ОНТ311ьная шкала= 10 нс/дел.
LTAJН7•1At02
/' /'
\
!/
\\
'
/
\\
j
\\
//
1_J
-
\
..
-..
..
ГОj)И.1ОНТ311ьная линия=20 нс/дел.
+15V
20
Выход
2'1
~T..,..J•TAtCt
Рис.5.38
Осциллограммы сигналов усилителя
мощности при его отключении от ИС LТl 220
Рис.5.39
Осциллограммы сигналов усилителя
мощности с подключенной ИС LП 220
и 50-омной нагрузкой
f 198 / БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ СХЕМЫ
5.1.20. Усилитель мощности с большим выходным током
На рис. 5.40 показана другая версия схемы, представленной на рис. 5.37. Она обес
печивает выходной ток до 1 А. На рис. 5.41 приведены осциллограммы сиrnалов
при подаче на вход отрицательного импульса напряжением 10 В (А). Отклик уси
лителя LT1220 (осциллограмма В) обусловлен включением каскада усиления мощ
ности в общую цепь обратной связи. Усилитель мощности формирует на нагрузке
10 Ом импульс с задержкой в несколько наносекунд (осциллограмма С) и относи
тельно небольшими выбросами на вершине (которые могут быть минимизированы
подстройкой емкости в цепи общей обратной связи}. (См. •Linear Technology•,
Application Note 47, р. 47.)
5pf·30pf
,.
Зрf
-О- · феррктовые бусинки FERRONICS #21·1 t OJ
01,08 - 2N3906 03 • 2NЗ866
al,07 • 2N3904 Q5 • 2N5160
04,(Х) - 2NЗ375
+r · 1N4148
+15V
Рис. 5.40. Схема усилителя мощности с повышенным выходным током
A=2Wдe11-t---++---l-+-+-----+----------l-~~--+-----I--~
В= 28/деп.
С=2В/деп.
Гориэонтаяьная шкала = 20 w:/деп.
Рис.5.41
Осциллограммы сигналов усилителя
мощности с повышенным выходным током
6. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Эта глава посвящена схемам на операционных усилителях и компараторам. Пред
полагается, что читатель знаком с основами усилительной техники (принципы уси
ления, выбор рабочей точки и др.), методами упрощенного расчета усилителей (час
тотные ограничения), а также имеет некоторые практические навыки по технике
монтажа схем и применению теплооmодящих радиаторов для отвода рассеиваемой
мощности. Для ознакомления могут быть рекомендованы следующие книm:J. Lenk,
~Audio Handbook)), McGraw-Hill, 1991;]. Lenk, ~RF HandЬook)), McGraw-Hill, 1991
и]. Lenk. ~simplified Design ofIC Amplifiers)), Butterworth-Heinemann, 1996.
В следующих разделах кратко описываются основные принципы проверки и по
иска неисправностей в схемах усилителей. Материал изложен так, чтобы читатель
смог самостоятельно проверить схему, описанную в книге, и установить причину
неполадок, если схема не работает должным образом.
6.1. Проверка усилителей
В этом разделе приводятся основные методы проверки интегральных усилителей.
Результаты тестовых проверок имеют практическое значение. Если схема успеш
но прошла тестирование, то она, безусловно, пригодна для применения. Если ре
зультат испытаний отрицателен, то его следует использовать в качестве отправ
ной точки для поиска неисправности, процедура которого также описана в этой
главе. Следует помнить, что схемы усилителей могут не подвергаться всем опи
санным проверочным операциям. Однако, если усилитель прошел все без исклю
чения проверочные тесты, можно считать, что он правильно спроектирован и пол
ностью работоспособен.
6.1.1. Оборудование для испытаний усилителей
Для проведения описанных в разделе испытаний и проверок необходимы измери
тельные приборы, осциллографы, генераторы, источники питания, всевозможные
зажимы, соединительные провода и т.д. Если в наличии имеется хороший комплект
l 200 1 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
испытательного оборудования, предназначенный для других типов электронных
схем, то вполне возможно, что он вам подойдет. Вероятно, единственным исклю
чением может оказаться измеритель нелинейных искажений (и то лишь в случае
проведения испытаний НЧ усилителей). Следует обратить внимание на несколь
ко принципиальных моментов при выборе и использовании испытательного обо
рудования.
Соответствие средав проверки тестируемым схемам
Не очень существенно, какой именно тип оборудования используется для провер
ки схем. Гораздо более важным является соответствие применяемого оборудова
ния параметрам проверяемой схемы. Например, если измеряются параметры им
пульсов, меандра или сигнала сложной формы, что обычно требуется при проверке
любого усилителя на ИС, вольтметр, измеряющий размах сигнала может дать оп
ределенную информацию, но более предпочтителен для этих целей осциллограф.
Вмьтuетры и мультиметры
Помимо проведения стандартных измерений напряжения и сопротивления эти
приборы используются при тестировании схем усилителей главным образом для
измерения амплитудно-частотных характеристик ( АЧХ) и контроля прохождения
сигнала от входа до выхода схемы. Многие специалисты предпочитают применять
осциллограф, поскольку он позволяет увидеть искажения формы сигнала при его
прохождении через схему или при измерении. Есть и такие, кто предпочитает
вольметры или измерители мощности, особенно при измерении усиления по на
пряжению или по мощности.
Во многих случаях можно использовать практически любые измерительные
приборы переменного тока (даже просrой мультиметр - как аналоговый, так и циф
ровой) для всех работ по тестированию усилителя. Однако для получения более точ
ных результатов необходим широкополосный прибор (причем полоса пропускания
должна быть шире полосы пропускания проверяемого устройства). Кроме того,
предпочтительно использовать усrройство с двумя каналами измерений, позволя
ющее проверять одновременно оба канала стереосистемы. Такая возможность особен
но важна при измерениях АЧХ и уровня перекрестных помех (искажений) стереоуси
лителей, но не имеет большого значения при рабаrс с другими типами усилителей.
Осцwиrоrрафы
Хороший осциллограф, предназначенный для работы с телевизорами или кассет
ными видеомагнитофонами, вполне пригоден и для работы с усилителями. Поку
пая новый осциллограф, имейте в виду, что посредством двухлучевого прибора
можно одновременно исследовать оба канала стереосистемы (аналогично ситуа
ции с двухканальным мультиметром). Однако гораздо важнее то, что двухлучевой
осциллограф позволяет сравнивать и анализировать на экране входной и выход
ной сигналы усилителя одновременно. Преимущество осциллографа в том, что он
позволяет непосредственно наблюдать такие характеристики интегрального уси
лителя, как искажения сигнала, фон переменного тока, пульсации, выбросы на
фронтах импульсов, генерацию. Более того, он необходим для измерения времени
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ J201 1
установления и скорости нарастания выходного напряжения, а также уровня шу
мов. Однако, если ограничиться только проверкой усиления, пользоваться изме
рителем напряжения или мощности гораздо проще.
Измерители искажений
Существует два типа искажений (и соответственно методик их измерения): нели
нейные (гармонические) и интермодуляционные. В данной кнИI:е не описывается
какой-либо конкретный тип прибора для выполнения подобных измерений - при
водится сама методика измерений как нелинейных, так и интермодуляционных
искажений.
6.1.2. Децибел: основные nонятия
В усилительной технике широко используется понятие децибела (дБ}, который
в логарифмическом виде показывает соотношение между двумя уровнями мощ
ности либо напряжения. Например, в спецификации обычного интегрального ОУ
такие параметры, как усиление по напряжению, усиление по мощности и коэффи
циент ослабления синфазного сигнала, приведены в децибелах. Децибел равен
одной десятой бела; использование целого бела на практике не очень удобно, по
скольку это слишком большая величина.
Несмотря на то что существует несколько способов выражения соотношения
между двумя величинами, использование децибела в усилительной технике обус
ловлено следующими двумя причинами: во-первых, децибел является удобной еди
ницей измерения для всех без исключения типов усилителей; во-вторых, он хорошо
соответствует восприятию человеческим ухом громкости звука. Именно поэтому его
применение очень удобно для характеристики свойств НЧ усилителей.
Человеческое ухо одинаково хорошо воспринимает как обычную речь, так и раска
ты грома (которые могут быть в 100 ООО раз громче речи). Это связано с тем, что
реакция уха на звук не прямо пропорциональна его энергии, а приблизительно
пропорциональна логарифму энергии звуковой волны. Обыкновенным или деся
тичным логарифмом (log10) числа N ямяется значение, показывающее, сколько
раз должно быть перемножено число 1О само на себя (то есть показатель степени),
чтобы в результате получилось число N. Например, десятичным логарифмом чис
ла 100 (которое можно представить как 1Ох1 О, или 102 ) является число 2. Лога
рифмом числа 100 ООО (105) является число 5. Данное соотношение можно запи
сать в следующем виде:
log10100 ООО = 5.
При сравнении двух значений энергии можно использовать бел. Он является
логарифмом отношения двух значений энергии. Например, при сравнении энер
гии обычного разговора и энергии раската грома их отношение можно выразить
следующим образом:
log энергия грома или log 100000
tO энергия речи
101·
Если применить более удобную величину - децибел, то увеличение силы звука
от уровня человеческой речи до уровня раската грома будет соответствовать:
1202 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
100000
10 log 1o-
1
-
или 50 децибел (50 дБ).
Таким же образом этот метод используется и при измерении усиления в усили
телях, вне зависимости от того, предназначен ли усилитель для низкочастотного
диапазона или нет. Увеличение выходной мощности любого усилителя может быть
выражено следующим соотношением:
уrn"(
Б) 10 1 g выходная мощность
силеш~е вд """ о 10
•
входная мощность
Это же выражение может быть представленно в виде:
Р2
усилеIШе (в дБ) """ 10 log1op- ,
1
где Р2 - выходная мощность, а Р 1 - мощность, подаваемая на вход усилителя. Если
Р2 > Р 1, то мощность увеличивается, что выражается положительным значением
коэффициента усиления (+дБ). Если же Р 1 > Р2, то мощность ослабляется, что
выражается отрицательным значением величины коэффициента усиления (-дБ).
Во всех случаях берется отношение двух значений мощности (Р 1 и Р2), затем ло
гарифм этого отношения умножается на 1О. В результате, если соотношение зна
чений мощностей равно 1О, усиление - 10 дБ; если соотношение значений мощно
стей равно 100, то усиление - 20 дБ, если соотношение значений мощностей равно
1ООО, то усиление - 30 дБ и т.д.
6.1.З. Соотношения для удвоения мощности
Двукратное увеличение мощности в усилителе соответствует усилению +3 дБ.
Например, если при повороте реrулятора громкости усилителя выходная мощ
ность возросла с 4 до 8 Вт, то мощность увеличилась на 3 дБ ( +3 дБ). Если же
выходная мощность снизилась с 4 до 2 Вт, то усиление упало на З дБ ( -3 дБ).
Если первоначальная мощность 4 Вт увеличилась до 8 Вт, то усиление составит
+3 дБ. Дальнейшее двукратное увеличение мощности (от 8 до 16 Вт) соответству
ет усилению еще на +З дБ, но по сравнению с первоначальной мощностью 4 Вт
общее усиление будет равно +6 дБ. При увеличении мощности до 40 Вт (то есть
десятикратном увеличении относительно уровня 4 Вт) общее усиление мощности
составит + 1О дБ и т.д.
6.1.4. Сложение децибелов
Широкому применению децибелов в усилительной технике способствовало еще
одно обстоятельство. При включении нескольких усилителей последовательно по
каскадной схеме, которая достаточно часто используется в усилительных устрой
ствах, общее значение усилеЮIЯ многокаскадного усилителя определяется перемно
жением коэффициентов усиления каждого каскада. Например, в случае включеЮIЯ
по каскадной схеме трех усилителей, каждый из которых имеет коэффициент уси
ления, равный 10, общий коэффициент усиления составит 1000 (10Х10Х10).
При этом коэффициенты усиления, выраженные в децибелах, просто суммиру
ются. Например, в приведенном выше выражении суммарный коэффициент усиле
ния по мощности составит 10 дБ+ 10 дБ+ 10 дБ=- +30 дБ. Совершенно аналогично
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ l20з j
при последовательном включении двух каскадов усиления, первый из которых
имеет усиление +30 дБ, а второй - ослабление
-1 О дБ, общий результат будет ра
вен:+30дБ- 10дБ- +20дБ.
6.1.5. Использование децибелов для сравнения величин напряжений
и токов
Децибелы также применяются для сравнения уровней входного и выходного на
пряжений усилителя. Они могут использоваться и для выражения соотношения
токов, однако такой подход в усилительной технике не распространен. Для срав
нения величин напряжений или токов служат соотношения:
20 lgвыходное напряжение, 20 lgвыходн~й ток.
входное напряжение
входнои ток
Здесь определяется отношение двух напряжений (или токов) и его логарифм
умножается на коэффициент 20 (а не 10, как в случае отношения двух мощностей).
Необходимо отметить, что, хотя отношения значений мощности не зависят от
импедансов (сопротивлений) источника сигнала и выходной нагрузки, соотноше
ния для напряжений и токов справедливы лишь при равенстве импедансов источ
ника сигнала и выходной нагрузки. Для усилителей, где величины входного и вы
ходного импедансов различны, соотношения токов и напряжений определяются
следующими выражениями:
20 lg~; 20lg12 JR°2,
Ei JR°2
11 JRi
где R1 - сопротивление источника сигнала, или входной импеданс, ~ - сопротив
ление нагрузки, или выходной импеданс, а Е1, 11 - входные и Е2, 12 - выходные
напряжения и токи. Причем
E2JR'i и 12~
обычно больше по величине, чем
EiJR°2и11 JRi.
Как и для соотношения мощностей, если значение выходного напряжения пре
вышает входное, усиление, выраженное в децибелах, имеет положительный знак
(+дБ). Если же выходное напряжение меньше входного, имеет место ослабление,
которое выражается отрицательным значением величины (-дБ).
Следует отметить, что увеличение выходного напряжения вдвое характеризу
ется усилением на +6 дБ. Соответственно уменьшение выходного напряжения
вдвое характеризуется ослаблением на -6 дБ. Для подсчета суммарного усиления
по напряжению нескольких совместно работающих усилительных каскадов сле
дует сложить (с учетом знака) их значения усиления или ослабления в децибелах.
6.1 .6. Децибелы и измерения абсолютных величин
Если усилитель имеет усиление по мощности, равное +20 дБ, это означает, что
выходная мощность в 100 раз превышает поступающую на вход усилителя. Не
смотря на то что децибелы служат для определения отношений величин двух сиг
налов, иногда эту единицу используют для измерения абсолютных, а не только
f204 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
относительных значений величин. С этой uслью можно взять некоторую эталон
ную величину сигнала и определить любую другую величину в децибелах по от
ношению к эталонной.
В НЧ усилителях наиболее распространенными децибельными единицами для
измерения абсолютных уровней мощностей являются дБм (децибел относитель
но уровня мощности 1 мВт) и единица уровня звука (VU - volumc unit).
При использовании единиц уровня звука принимается, что нулевой (эталон
ный) уровень равен 0,001 Вт (1 мВт), а величина полного сопротивления (импе
данс) - 600 Ом. Итак,
vu=10lgР2/0,001=10Ig103Р2,
где Р2 - выходная мощность.
Таким образом, для единиц уровня звука и для дБм приняты одинаковые эта
лонные уровни отсчета. Когда измеряемый сигнал имеет синусоидальную форму,
обычно применяются дБм (как правило, частота сигнала равна 1 кГц), а VU ис
пользуются для измерений аудиосигналов сложной формы.
б.1.7. Ампли1}'дно-частотная характеристика
Для измерения амплитудно-частотных характеристик используются генератор
и измеритель уровня сигнала или осциллограф. Генератор настраивается нз раз
личные частоты требуемого диапазона, и на каждой из них измеряются величины
выходного сигнала. Полученные результаты изображаются в виде кривой, называе
мой частотным откликом или амплшудно-частотной характеристикой. На рис. 6.1
приведена схема измерения усиления в режиме с разомкнутой обратной связью
(А01) для стандартного ОУ (САЗ450 фирмы Harris). На рис. 6.2 изображена амп
литудно-частотная характеристика ( иноrда называемая диаrраммой Боде), изме
ренная в режиме с разомкнутой обратной связью. Здесь также показана зависи
мость угла фазового сдвига от частоты.
На рис. 6.3 приведена схема измерения усиления той же И С в режиме с замкну
той обратной связью (непосредственное соединение выводов 3 и 6 для получения
единичного коэффициента усиления или с использованием резисторов в цепи об
ратной связи, подключенных к выводам 3 и 6, для получения усиления по на
пряжению Av, равного 10). На рис. 6 .4 и 6.5 показаны частотные характеристики
в режиме с замкнутой обратной связью для коэффициентов усиления 1 и 1О.
Частота, при которой начинается уменьшение амплитуды выходного сигнала,
называется точкой перегиба частотной характеристики. В технических условиях
(паспортах, спецификациях) ИС усилителей указано, что точка перегиба частот
ной характеристики соответствует частоте, при которой происходит снижение
выходного сигнала на 3 дБ по сравнению с его значением на плоском участке ха
рактеристики. На рис. 6.5 спад частотной характеристики начинается на частоте
примерно 10 МГц, а спад на 3 дБ наблюдается на частоте порядка 20 МГц.
В ряде ИС усилителей предусмотрено подключение внешних корректирующих
элементов (как правило, конденсаторов, но иногда встречаются и комбинации ре
зисторов и конденсаторов). Цепи коррекции влияют как на положение точки пе
региба частотной характеристики, так и на саму зависимость усиления от частоты.
1on•
0.1tif~
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ l2os I
=-----в;;---·-:
: ,.,..~...,,.....,.... :
i"""'FVUIUI~:
.
:
20pF 1М i
·-------------~
Рис. 6.1. Схема измерения усиления в режиме с разомкнутой обратной связью (Harris Semicondudor.
Linear &Telecom IS's , 1994, р. 2-217)
Примечание к рис. Все конденсаторы развязки по питанию емкостью О, 1 и 0,001 мкФ - мноzослой
иые, керамические, бескорпусные. Развязывающий резистор - 10 Ом, 0,25 Вт, - помечениый звездоч
кой и показанный иа схемах включения усилителя, выполняет две задачи: обеспечивает развязку ИС
непосредствеино на выводах питания, подавляя возможные резонанснь~е .явления в источиике из-за
параллельно включенrtьlХ конденсаторов, и защиту в случае длительноzо режима короткоzо замыка-
11ия иа ВЬ1Ходе.
80
15
~1О
Н•
н~:1 10
~1
~о
-5
~
,,......, ~
"""
........ ......
"""'
..........
~
""""'
""""
... .. . ....•..
Rt • 100, 11 20pF
Се• Opf, Та• ..,25°с
Нrllp. .а. гмт. =±&/
~
111
'· +·-·+·-+~
."
i\
1'...
! ' Запас 35"
-'"
.. .._
~ \ ···г."
"
' "'"\.
1
''
Сдвиг •
\ ~~.
\."
1"
Aot
-15
·100
- 111
·1 30
-2 35
- 250
- 281
10
100
1000
Ча::rота, MHz
Рис.6.2
Амnлитудно-частотная характеристика
(диаграмма Боде) для ИС САЗ450 (Harris
Semiconductor. linear &Тelecom IS's, 1994,
р. 2-216)
В схеме на рис. 6.1 внешние корректирующие элементы не использованы. В схеме
на рис. 6.3 внешний корректирующий конденсатор подключен к выводам 9 и 11.
На графике (см. рис. 6.4) виден эффект влияния величины емкости конденсатора
Се на усиление и фазовый сдвиг. Многие усилительные ИС имеют внутренние
1206 j ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
ТЕКПЮN1Х 2465
Рис. 6.3. Схема измерения частотной характеристики в режиме с замкнутой обратной связью (Harris
Semiconductor. Linear &Telecom IS's, 1994, р. 2-218}
10
10
·10
1
1111111
Cc•lpF~ -
100 _J
Cc•7r*_
Cc•lpF
..... ::: ...
Cc•7f* ~
'f\
10
100
Ч1к:rО18, МНz
...... .
~"" " Yov8"!
""
~ -~ ...........С2а
1\
...... """
\
~
~.
-
1О
131
110
оf
411
1О
1U
r\. \ 180
100
10
100
Ч1к:rО18, МНz
Рис.6.4
Частотные характеристики при единичном
усилении в режиме с замкнутой обратной
связью (Harris Semiconductor. Liпear &Telecom
IS's, 1994, р. 2-216)
Рис.6.5
Чостотные характеристики при коэффициенте
усиления по напряжению~• 1О в ре)l(име
с замкнутой обратной связью (Harris Semicon-
dudor. Linear &Telecom IS's, 1994, р. 2-216)
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ l201 j
корректирующие элементы, поэтому в таких ИС характеристики усиления и фа
зового сдвига в режиме с разомкнутой обратной связью не могут быть изменены
путем внешней настройки.
Для измерения АЧХ необходимо обеспечить подачу входного сигнала со строго
постоянной амплитудой и производить измерения выходного сигнала. Частота
входного сигнала (при неизменной его амплитуде) должна меняться в пределах
собственного рабочего диапазона частот усилителя. Затем следует нанести на гра
фик величину выходного напряжения для каждого значения частоты. Выполне
ние измерений производится в следующем порядке:
1. Собрать схему, изображенную на рис. 6.1или6.3. Следует иметь в виду, что
приведенные на рисунках схемы рассчитаны на конкретный тип ИС. Однако
они имеют абсолютно все необходимые элементы стандартной схемы провер
ки зависимости усиления от частоты. Тестовый сигнал подается на неинвер
тирующий вход, а инвертирующий вход подключен к выходу (либо заземлен
при проведении испытаний в режиме с разомкнутой обратной связью для неко
торых ИС). На выходе должен быть получен усиленный неинвертированный
сигнал, повторяющий форму входного. Вход и выход должны быть нагруже
ны на определенную испьпательную нагрузку (как правило, сопротивлени
ем 50 Ом). Наrрузка, подключенная к входу, должна иметь такой же импеданс,
что и источник сигнала, а к выходу должна быть подключена наrрузка с импе
дансом, равным импедансу измерительного прибора (например, осциллографа).
Следует отметить, что характеристики усилителя будут меняться (иногда
значительно) при изменении выходной нагрузки, а также параметров внеш
ней цепи коррекции. Поэтому в тех случаях, когда реальная нагрузка сильно
отличается от рекомендуемой в спецификации, нужно произвести испьпания
усилителя с реальными величинами выходной нагрузки в дополнение к ис
пытаниям с рекомендуемыми значениями. При этом может оказаться, что
параметры И С не будут удовлетворять требуемым по величине усиления или
точке перегиба частотной характеристики.
Эти предварительные замечания относятся как к случаю проведения испы
таний с корректирующими элементами, так и без них. Например, в схеме из
мерений на рис. 6.1 внешние корректирующие элементы не используются
(нет подключений к выводам 9 и 11), а в схеме на рис. 6.3 имеется внешний
конденсатор, подключенный к выводам 9 и 11. При сравнении графиков на
рис. 6.2, 6.4 и 6.5 видно, что характеристики зависимости усиления от часто
ты различаются в случае использования корректирующих элементов и их
отсутствия. Например, усиление в режиме с разомкнутой обратной связью
(рис. 6.2) составляет примерно 57 дБ на частоте 1 МГц, но падает почти до
1О дБ на частоте 100 МГц. При использовании внешних корректирующих
элементов и резистора обратной связи, обеспечивающего усиление по на
пряжению, равное 20 дБ, график усиления по напряжению не имеет спада
почти до 10 МГц, а затем спадает до 10 дБ на частоте 100 МГц.
2. Начинать проверку следует с установки частоты генератора на минимальную
величину диапазона (например, 1 МГц для ИС усилителей). Затем нужно
12оа 1 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ и КОМПАРАТОРЬI
установить амплитуду выходного сигнала генератора на необходимом уров
не. При отсутствии сведений о необходимом уровне напряжения тестового
сигнала для усилителя величина выходного сигнала генератора устанавлива
ется исходя из практических соображений. Например: контролируя выход
ной сигнал усилителя и увеличивая амплитуду выходного сигнала генерато
ра на частоте примерно равной середине рабочего диапазона (20-30 МГц для
интегральных усилителей), нужно зафиксировать момент начала режима на
сыщения. Усилитель находится в режиме насыщения, если дальнейшее уве
личение сигнала генератора не вызывает увеличения выходного сигнала
(показаний измерительного прибора) либо вершины синусоидального вы
ходного сигнала на экране осциллографа начинают уплощаться. Следует уста
новить выходной сигнал генератора чуть ниже того значения, при котором
начинается насыщение. Затем подключить осциллограф или измерительный
прибор на выход генератора (вход схемы) и измерить величину напряжения.
Входной сигнал необходимо поддерживать на этом уровне в течение всего
времени проведения измерений.
При выполнении любых действий, связанных с изменением выходного на
пряжения, убедитесь в том, что ero величина не превосходит ограничений,
установленных для данной ИС. Как показано на рис. 6.6, размах выходноrо на
пряжения (от пика до пика) интегрального усилителя составляет примерно 5 В
на частоте порядка 20 МГц.
Av•10,Cc:=OpF
1
11
10.О
t.o
> 8.0
i 7.О
1[ 8.0
i!5.0
• ~= son11°20pF'
14.0
~ s.o
2.0
1.0
о.о
1
1 1111
V RL• ИОQll20pF-
~~•7IOU20pF _
~"'\
~\
\\
'\.\.
~~-...
"'iillli i:::~
..........
10
100
Чосюта, МНz
-
---
"soo
Рис.6.6
Зависимость выходного напряжения от частоты
(Harris Semiconductor. linear &Telecom IS' s,
1994, р. 2-217)
Если в режиме с замкнутой обратной связью усиление равно 10, а входной
сигнал на частоте 20 МГц - 0,6 В, то выходное напряжение достигнет 6 Б. Так
как эти значения сигналов превышают допустимые для указанной микросхе
мы, то в результате возможно искажение формы выходного сигнала.
3. Если проверяемая схема позволяет настраивать или управлять такими пара
метрами, как громкость, усиление, тембр (по высоким или низким частотам),
баланс и т.п., то при начальном измерении амплитудно-частотных характе
ристик следует выбрать средние величины этих параметров, а затем, при не
обходимости, произвести повторные измерения при различных положениях
органов регулировки. Хотя в рассматриваемом примере их нет, данная интег
ральная микросхема имеет возможность подстройки смещения нуля (выводы 1
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕJIЕЙ 1209 I
и 16 на рис. 6.1). Если на дифференциальном входе ИС наблюдается разба
ланс либо имеется смещение уровня в последующих каскадах схемы, выход
ной сигнал может быть ненулевым при нулевом сигнале на входе. Напряже
ние, подаваемое на выводы 1 и 16, может исправить эту ситуацию.
На рис. 6.7 приведена схема измерения частотной характеристики в режиме
с разомкнутой обратной связью для другого типа И С усилителя ( СА3094А
фирмы Harris), где используется подстройка смещения нуля. В этой схеме
один из входов (вывод 3) имеет потенциал -«земли~. а напряжение, подавае
мое на вывод 2, может регулироваться для установки нулевого начального
уровня на выходе. Следует отметить, что ИС на рис. 6.7 является операцион
ным усилителем с управляемым коэффициентом усиления.
+1&У
·1&У
Рис.6.7
Схема измерения частотной характеристики
в режиме с разомкнутой обратной связью
дифференциальноrо усилителя с управляемым
коэффициентом усиления (Harris Semicoпductor.
Linear &Telecom IS's, 1994, р. 2-941
Таб11ица 6.1 . Зависимость управляющего тока смещения IАВС от величины резистора RS
5бк0м
560к0м
5,бМОм
500
50
5
4. При проведении измерений требуется внести полученное значение выход
ного напряжения в таблицу. Затем, поддерживая постоянной амплитуду вы
ходного сигнала генератора, необходимо увеличить его частоту на некото
рую фиксированную величину и занести в таблицу новое значение выходного
напряжения. Шаг увеличения частоты .генератора может быть произвольным
и определяется прежде всего диапазоном рабочих частот ИС. Вполне прием
лемым является шаг изменения частоты в 1 МГц между измеряемыми точка
ми (при максимальном значении порядка 1О МГц). В частотном диапазоне
свыше 10 МГц может быть допустим шаг изменения частоты 10 МГц. Есте
ственно, что уменьшение шага изменения частоты позволит выявить ряд осо
бенностей, в частности появление выбросов на частотной характеристике. Об
ратите внимание, что на графике зависимости усиления от частоты (рис. 6.4)
наблюдается подъем характеристики в области частот от 100 до 200 МГц.
f210 J ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
5. После начального измерения АЧХ можно при необходимости определить вли
яние органов настройки и управления (если таковые имеются) на характерис
тику. Например, в НЧ усилителе органы управления громкостью и усилением
оказывают одинаковое влияние в пределах собственного частотного диапазона
усилителя. Изменение уровня регулировки низких и высоких звуковых частот
(тембра) может оказать определенное влияние на частотную характеристику
во всем частотном диапазоне. Естественно, что влияние регулировки высоких
частот больше проявится в высокочастотной части диапазона, тогда как регу
лировка низких частот окажет большее влияние в низкочастотной области.
6. Необходимо учитывать, что амплитуда выходного сигнала генератора, как
правило, изменяется с изменением частоты (факт, который иногда не учиты
вается при измерении амплитудно-частотных характеристик). Поэтому после
каждого изменения частоты следует проверять амплитуду выходного сигнала
генератора, так как очень важно, чтобы эта величина оставалась постоянной
при измерениях во всем частотном диапазоне.
6.1 .8 . Усиление по напряжению
Измерение усиления по напряжению усилителя проводится по такой же методи
ке, что и измерение АЧХ. Отношение выходного напряжения к входному (при
любой заданной частоте рабочего частотного диапазона усилителя) представляет
собой коэффициеш усиления по напряжению. Так как во время измерения амп
литудно-частотных характерисrnк входное напряжение (напряжение на выходе
генератора) поддерживается постоянным, зависимость коэффициента усиления
по напряжению от частоты идентична АЧХ, как видно из рис. 6.2, 6.4 -6.6. Необхо
димо только помнить, что график зависимосrn усиления по напряжению от частоты,
приведенный на рис. 6.2, определяется прежде всего типом интегральной микросхе
мы, а графики зависимости усиления от частоты, представленные на рис. 6.4 и 6.5, -
внешними факторами (сопротивлениями цепи обратной связи).
6.1.9 . Выходная мощность и усиление по мощности
Для определения выходной мощносrn усилителя измеряется значение выходного
напряжения на сопротивлении нагрузки при заданной частоте в рабочем диапазо
не частот усилителя. Например, для усилителя, изображенного на рис. 6.1, выход
ное напряжение равно 7 В. Тогда выходная мощность:
Е2 72
Р-=
R=
50
=
0,98Вт.
Важно отметить, что при измерениях нельзя использовать в качестве нагрузоч
ных проволочные сопротивления или любые элементы, имеющие в своем составе
моточные изделия. Такие элементы обладают индуктивным сопротивлением, ко
торое изменяется с частотой, и, следовательно, полное сопротивление нагрузки
оказывается непостоянным. Поэтому в качестве нагрузки необходимо применять
резисторы или потенциометры, изготовленные из композитных материалов и не
имеющие индуктивности.
Для определения усиления по мощности необходимо вычислить как входную,
так и выходную мощности. Входная мощность определяется по той же методике,
что и выходная, однако нужно знать либо рассчитать входной импеданс. Для
ПРОВЕРКА УСИЛИJЕЛЕЙ (!Ш
некоторых схем рассчитать его довольно трудно, особенно когда входной импеданс
прибора зависит от усиления транзисторов входного каскада ИС. Если известна
(или рассчитана) величина входной мощности, усиление по мощности определяет
ся как отношение выходной мощности к входной. В случаях, когда к входу усилите
ля подключен резистор с значительно меньшим сопротивлением, чем входной
импеданс усилителя, можно использовать величину этого резистора для расчета
входной мощности.
6.1.10. Входная чувствительность
Для некоторых интегральных усилителей вместо параметров выходной мощнос
ти и усиления (или дополнительно к ним) в спецификацию включается входная
чувствительность. Она означает минимальную выходную мощность, которая мо
жет быть получена при определенном значении входного напряжения. Например,
3 Вт выходной мощности при напряжении входного сигнала 100 мВ. Как правило,
этот параметр используется в мощных И С усилителей. Для того чтобы определить
входную чувствительность, необходимо просто приложить к входу указанное
в спецификации напряжение и измерить реальную выходную мощность.
6.1 .11. Полоса пропускания
В ряде спецификаций указано, что усилительные ИС должны обеспечивать оп
ределенное выходное напряжение (выходную мощность) в заданном диапазоне
частот. Как правило, ширина полосы пропускания по напряжению не совпадает
с полосой пропускания по мощности. Например, усилитель может отдавать пол
ную выходную мощность только до частот порядка 1 МГц, несмотря на то что АЧХ
не имеет спада до частоты 10 МГц. Таким образом, выходное напряжение (без под
ключения нагрузки) остается постоянным до частоты порядка 10 МГц, тогда как
выходная мощность (с подключенной нагрузкой) остается постоянной только до
частоты 1 МГц. На рис. 6.8 приведены схема и методика измерения полосы про
пускания на уровне -3 дБ для типового ОУ (СА3020/СА3020А фирмы Harris).
6.1.12 . Влияние нагрузки
Большинство усилителей, особенно мощных, чувствительны к изменениям на
грузки. Для любого усилителя максимальное усиление по мощности достигается
в случае равенства выходного сопротивления и сопротивления нагрузки ( согласо
ванная нагрузка). Схема измерения влияния нагрузки (нагрузочной характерис
тики) такая же, как для измерения частотной характеристики (см. рис. 6.1 и 6. 7),
с учетом того, что сопротивление нагрузки при измерениях необходимо менять.
Напомним, что нельзя использовать проволочные резисторы в качестве нагрузки,
так как их индуктивная составляющая может внести значительную погрешность
в измерения.
Для измерения нагрузочной характеристики усилителя необходимо измерять
выходную мощность при различных соотношениях сопротивления нагрузки и вы
ходного сопротивления усилителя. Таким образом, для каждого значения сопро
тивления нагрузки (включая равное выходному сопротивлению усилителя) нуж
но измерить коэффициент усиления по мощности (или напряжению). Повторите
l212 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
тellWX.
1 Рис.6.8
Схема измерения попосы пропускания ОУ типа
САЗО20/САЗО20А (Harris Semiconductor. linear &
Тelecom IS's, 1994, р. 2-50)
Примечание к рис. Методика выполнения измерений:
1. Установите требуемые значеиия питающих напряжений Vcct и Vсй·
2. Установите входиой сигншt цастотой 1 кГц, е8х = 5 мВ (среднеквадратическое значение).
3. По измеренному значению евых рассчитайте величину коэффициента усиления (в децибелах).
4. Поддерживая постоянным значение е8х = 5 мВ, меняйте частоту входного сигншtа ниже и выше
частотьt 1 кГц таким образом, чтобы получить ослабление выходного ситала на З дБ относи
тельно значения, полученною иа частоте 1 кГц.
5. Частотный диапазон между точками, в которых зафиксировано ослабление выходного сигнала
на -3 дБ, представляет собой полосу пропускания усшителя на уровне - 3 дБ.
эти измерения для различных значений частот. На рис. 6.9 приведена типовая на
грузочная характеристика. Следует отметить, что при двукратном превышении со
противлением нагрузки Rнarp величины выходного сопротивления усилителя ~с
(точка 2,0 по оси абсцисс на графике) выходная мощность Рвых снижается до 50%.
100
510
80
70
~60
j50
40
30
20
10
!/'(\
J
~
1
,
\
r
'"
~
J
"''"
1
.......... ...._
-- --
j
/
1о
о о." о.в 1.2 1.6 2.0 2."
2.в в.2 з.6 4.О Рис.6.9
~~:;.::Н~~./Rвых. Типовая нагрузочная характеристика усилиrеля
6.1.13. Выходное сопротивление
Схему измерения нагрузочной характеристики можно использовать для опреде
ления полного динамического выходного сопротивления усилителя (динамичес
кого выходного импеданса). Однако методика выполнения измерений несколько
меняется. Для измерения выходного сопротивления усилителя сопротивление
нагрузки изменяется до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное значение
выходной мощности. Затем, после выключения питания, нагрузку необходимо
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ t21з /
1
отключить от схемы и измерить ее сопротивление омметром. Полученное значе-
ние равно полному динамическому выходному сопротивлению усилителя (это
значение справедливо только для частоты, на которой проводились измерения).
Если необходимо, измерения могут быть проведены для требуемых частот рабоче
го диапазона.
На рис. 6.1 О показан график зависимости полного выходного сопротивления от
частоты для типового интегрального усилителя (СА3450 фирмы Harris). Отметим,
что величина выходного сопротивления составляет менее 1О Ом в частотном диа
пазоне до 1О МГц, а затем быстро увеличивается при возрастании частоты от 80 до
120 МГц.
1ot---+---11o-++++н+---1~t--t--t-t-t+irt----1
IOt---+---llo-++++н+---l~t--t--t-t-t+i~---1
70t---tl--t---+-+-t~l+---i--+-1'-'t-1-t-1"'1'1"1'----i
c'o.. _.. .. .. ~~- +--+-++1+- ---4~~+-t- ++1~-"1
j'o
40t---+---llo-++++н+----l~t-+-+-t-t+i~---I
эot---+~1--+-+-++н+-~~+-+-+-t-t+i~--1
201---1--t-+-+-t~~~t--+-1'-"Нl""t+'....-----i
1ot---+---1~+++н+----1~t--t--t-t~rr-----1
Рис.6.10
График зависимости выходного сопротивления
0 L..J..dl:±±±±Н±::~t::::t:III:ШlL_J усилителя от частоты (Harris Semiconductor. Linear &
1
-MHz
100 200
TelecomlS's, 1994,р.2-217)
6.1.14 . Входное сопротивление
Для определения полного входного динамического сопротивления усилителя ис
пользуется схема, приведенная на рис. 6.11. Отметим, что исследуемая ИС имеет
два входа, для которых и требуется произвести измерения. Также следует учесть,
что точность определения полного входного сопротивления (как и выходного) во
многом зависит от точности измерения сопротивления нагрузки R. Напомним, что
в качестве нагрузки необходимо использовать непроволочные резисторы, не име
ющие индуктивности. Полученные значения полного входного сопротивления
действительны только для частоты, на которой производились измерения.
6.1.15. Ток потребления, выходная мощность, КПД и чувствительность
На рис. 6.12 приведена схема и методика измерений тока потребления при нуле
вом и максимальном уровнях входного сишала, максимальной выходной мощности,
КПД усилителя, а также чувствительности и коэффициента усиления по мощности.
Представленная схема предназначена для измерения параметров конкретного типа
интегрального усилителя (СА3020/3020А фирмы Harris), но может быть исполь
зована для большинства усилителей на интегральных схемах.
б.1.16. Анализ искажений с использованием синусоидального сигнала
Все усилители вносят в усиливаемый сигнал искажения, то есть форма выходного
сигнала отличается от входного, хотя в идеале сиniалы должны быть абсолютно
идентичны, за исключением амплитуды. Для проверки усилителя можно подать
1214 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис.6.11
Измерение полного вхоАного сопротивления
(Semiconductor. Linear &Telecom IS's, 1994, р. 2-51)
Примечание к рис. Методика измерений входного сопротивления. усшителя.
Вывод 10 относительио •земли~ (R8x1oJ:
1. Подать питающие иапряжения. Vcct и Vcc2' а переключатель S установить в положение 1.
2. Устаиовить необходимый уровень входноzо сиzнала частотой 1 кГц.
З. С помощью перемеююzо резистора R устаиовить е2 = О,5е1•
4. Величина R8x10 равна получ,енному зиачению сопротивления. R.
Вывод 1 относительно •земли~ (R8xзJ:
1. Подать питающие 1tапряжения. Vcct и Vсй' а переключа.тель S установить в положение 2.
2. Установить необходимый уровень входноzо сиzнала частотой 1 кГц.
З. С помощью перемеюtо~о резистора R усттювить е2 = О,5е1•
4. Величина Rвхз равна получ,енному значеJШю сопротивления. R.
на его вход сигнал синусоидальной формы (схема проверки аналогична приведен
ной на рис. 6.1или6.7) и сопоставить форму входного и выходного сигналов на
экране осциллографа. Отсутствие различий в форме двух сигналов (за исключе
нием амплитуды) означает отсутствие искажений.
Проверка или поиск неисправностей, вызьmающих искажения с использованием
синусоидального сигнала, представляет собой трудоемкий процесс. Более того, если
искажения невелики, они моrут остаться незамеченными. Сигнал синусоидальной
формы лучше всего использовать для анализа искажений в тех случаях, когда совме
стно с осциллографом применяются измерители нелинейных (гармонических) или
интермодуляционных искажений. При рабаrе только с осциллографом лучше приме
нять сигналы прямоугольной формы (хотя при измерениях амплитудно-частотных
характеристик и мощностных параметров используется синусоидальный сигнал).
б.1.17. Анализ искажений с использованием прямоугольных сигналов
Более эффективно проведение анализа искажений с использованием сигнала пря
моугольной формы (меандра). Это определяется наличием большого количества
высших гармоник в таком сигнале. Кроме того, увидеть на экране осциллографа
искажения формы сигнала, очерченного прямыми линиями с четкими углами. го
раздо легче, чем в случае плавно меняющегося сигнала. Методика проведения из
мерений с сигналом прямоугольной формы такая же, как и с сигналом синусои
дальной формы. Прямоугольный сигнал подается на вход усилителя, а к выходу
подключается осциллограф (см. рис. 6.13). Прежде всего анализируется отклонение
+Va:1
+Va:i
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ l215 I
Рмс.6.12
Схема 11змерен11й тока потреблен11я, выходной
мощност11, КПД 11 чувствительности (Harris
Semiconductor. linear& Telecom IS's, 1994, р. 2-50)
Прuмеtиlние к рис. Т - двухтактный выходной трансформатор. Сопротивление наzру31'и (Rr) дол
жно обеспечивать иеобходимую величииу полиоzо (коллектор-коллектор) сопротивления нazpy31'u
(Rcc>· Методика измерений:
О тока потребления при нулевом входном сиzнале:
-
подать питающие напряжения Vcct и Vcc.21 установить значение е8х =О В;
-
из.мерить токи потребления Icct и lcc2 (.мА) при иулевом входном сиzнш~е;
О тока потребления в режиме .макси.мальноzо сиzиала, .максимальной выходиой мощности, КПД
усилителя, чувствительности и коэффициента усилеиия по .мощности:
-
подать питающие напряжения Vcct и Vcc2, установить такое значение евх• при котором не
линейиые иасажения на выходе усилителя равны 10%. При этом величина е8хв .мwи~ивольтах
(среднеквадратическое значение) определяет чувствительность усилителя;
-
измерить токи потребления lcct и lcc2 (.мА) при .максимальиом входном сиzншzе;
-
определить результирующую выходную .мощиость усилителя (Вт). Это значение является
.максимальной выходной мощностью (Рвых):
-
рас~итать КПД усилителя по фор.муле:
р
1] ... 100
вых
J
Vcc1fcc2 + Vcc1lcc2
zде Рвых выражено в ваттах, Vcct и Vcc2 - в вольтах, а Icct и lcc2 - в амперах;
-
рас~итать коэффициент усиления по мощности GP (дБ) по фор.муле:
р
G ... 10/og вых
Р
10 Рвх,
ziJe Рвх (.мВт) равно:
е2
р ""'-
вх
вх 3000 + Rвх10'
а значение Rвх10 определяется по методике измерения входноzо сопротивления усwштеля (см.
рис. 6.11).
формы выходного сигнала от формы входного, который также наблюдается на
экране осциллографа.
При использовании двухлучевого осциллографа входной и выходной сигналы
могут наблюдаться одновременно. Если же у осциллографа имеется возможность
1216 j ОПЕРАЦИОННЫЕУСИЛИТЕЛИИКОМПАРАТОРЫ
"Зва( "Провал" на средних НЧ фа:ювый rдвиг
{генерация)
частотах
{оnережакхций)
i 1\t 'lJ
Спад чх
навч
"Завал"ЧХ
навч
ПодъемЧХ
на ВЧ
НЧ фа:ювый гд~иr
{заrщцывающий)
~
Выброс на ЧХ
на ВЧ
Узкополосный
nодъемЧХ
~
Рис.6.13
Анализ искажений с помощью
сигнала прямоугольной формы
инверсии сигналов, то выходной сиrnал может быть инвертирован для лучшего
сравнения форм сиrnалов и более рационального использования площади экрана.
При обнаружении изменения формы выходного сигнала иногда по характеру
искажений можно судить о причинах их возникновения. Отметим, что примеры
на рис. 6.13 носят обобщенный характер, и один и тот же вид искажений может
быть вызван различными причинами. Например, искажения, возникающие из-за ~за
вала» частотной характеристики (ЧХ) на низких частотах (НЧ), вьП'лядят на экране
точно так же, как вызванные подъемом характеристики на высоких частотах (ВЧ).
На рис. 6.14 представлена осциллограмма входных и выходных сигналов для
реальной схемы. Выходной сигнал (В) очень хорошо повторяет форму входного
сиrnала (А) при усилении -1. Это означает, что выходной сигнал инвертирован
по отношению к входному, а усиление равно единице (то есть амплитуда сигнала
не изменилась). Следует отметить, что на осциллограмме выходного сигнала В
наблюдается слабо выраженное искажение фронтов импульса из-за ослабления
высокочастотных составляющих спектра сигнала, но оно не является таким замет
ным, как на рис. 6.13.
Третья, пятая, седьмая и девятая гармоники идеального прямоугольного сиrnа
ла являются особенно весомыми. Если на определенной частоте испытательного
А= 106/,QЗ/\.
1
\
1
L-
-
r.. -
-
,.. -
-
1
1
Рис.6.14
В=10В/1'!11.
~i-- ~
\
1
Осциллограмма прямоугольного сигнала усилителя:
А - входного; В - выходного
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ j211 I
сигнала не наблюдается искажений формы выходного сигнала усилителя, можно
считать, что частотная характеристика усилителя равномерна до частоты, по край
ней мере в 9 раз большей частоты испытательного сигнала.
6.1.18. Гармонические искажения
Независимо от того, какой тип интегрального усилителя используется или на
сколько хорошо он разработан, возможно появление как четных, так и нечетных
гармоник в дополнение к основному сигналу. Эти гармоники, взаимодействуя
с основным сигналом, вызывают искажения (как и в случае взаимодействия лю
бых двух или более сигналов). Пример искажений, возникающих из-за влияния
на сигнал третьей гармоники, приведен на рис. 6.15.
8Jф:ol
~й
0t1m, 1кrц
,-...
Л Г\. Выходной r.и~ после_взаимодействия
/ V \ -- основнои и третьеи гармоники
Ощипruраф
или иэмеритепь
Рис.6.15
Нелинейные искажения
Измерение нелинейных искажений основано на прииципе подавления основио
го сигнала (рис. 6.15). На вход усилителя подается сигнал синусоидальной формы,
а выходной сигнал измеряется с помощью измерителя уровня или осциллографа.
Затем между выходом усилителя и входом измерительного прибора включается
фильтр, не пропускающий сигнал основной частоты. Напряжение на выходе та
кого фильтра определяется наличием гармоник. На рис. 6.16 приведены схема
и методика измерений нелинейных (гармонических) искажений. Здесь для измере
ния полных нелинейных искажений интегрального усилителя САЗ020/САЗО20А
(фирмы Harris) используется анализатор типа 302А (фирмы Hewlett Packard)
либо аналогичный прибор (для измерения срсднеквалратических значений выход
ного напряжения - вольтметр модели 320 фирмы Ballantine или его аналог). Эта
схема применяется также для измерения отношения сигнал/шум.
При проверке некоторых типов усилителей, особенно низкочастотных, осцил
лограф используется совместно с измерителем нелинейных искажений для опреде
ления частоты гармоник. Например, если на вход подается сиrnал с частотой 1 МГц,
а на выходе (после фильтрации) наблюдается сигнал с частотой 3 МГц, можно
сделать заключение об искажениях из-за влияния третьей гармоники. Следует уста
новить такой масштаб горизонтальной развертки осциллографа, чтобы на экране
l21a j ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
укладывался один период входного сигнала. Если при том же масштабе горизон
тальной развертки на экране наблюдаются три периода выходного сигнала, то это
означает присутствие третьей гармоники, вносящей нелинейные искажения.
Наличие нелинейных искажений можно определить еще одним методом. Напри
мер, если без фильтра выходное напряжение составляет 100 мВ, а с фильтром -
3 мВ, это указывает на уровень нелинейных искажений 3%. Следует отметить, что
величина полных нелинейных искажений зависит от уровня выходной мощности
усилителя. Поэтому нужно подобрать такую амплитуду входного сигнала, которая
обеспечивала бы требуемую выходную мощность (рис. 6.16). Помимо этих факто
ров величина полных нелинейных искажений зависит также от величины нагрузки.
Рис. 6.16. Схема измерения нелинейных искажений и отношения сигнал/шум {Harris Semiconductor.
Linear& Telecom IS's, 1994, р. 2-51)
Примечание "рис. Т - выходной двухтактный трансформатор. Сопротивление наzрузки (RJ
должно обеспечивать необходимую величину полноzо (коЛ.!lекmор-кол.лектор) сопротивления на
zрузки Rcc· Методика измерений:
О отношения сигнал/шум:
-
замкнуть S1 и 53, разомкнуть S2;
-
подать питающие 1tапр.яжения Vcct и Vсс2:
-
установить такое значение евх• при котором вЬLХодная мощность усw~ител.я составит 150 мВт;
зто значение евых (в дБ) считать величиной евых1;
-
разомкнуть 51 и измерить полученное значение евых (в дБ); зто значение считать величиной
еВЫХ2;
-
отношение сиzнал/шум рассчитать по формуле: с/т (дБ)=- е8ых1 - е8ыхi
О полных нелинейных искажений:
-
замкнуть 51 и 52, разомкнуть Si
-
подать питающие иапряжения Vcct и Vсс2;
-
регулируя значение евх• установить требуемый уровень выходной мощности уСUJ1иmеля;
-
измерить с помощью ана.лизатора значение коэффициента нелинейных искажений (в про-
центах).
ПРОВЕРКАУСИЛИТЕЛЕЙ 1219 \
: 1.19. Интермодуляционные искажения
•Гда в усилителе смешиваются два сигнала разных частот, возможна модуляция по
итуде высокочастотного сигнала низкочастотным. Такая модуляция приводит
искажениям, которые получили название интермодуляционных (ИМИ). На
'С. 6.17 показаны основные элементы схемы измерения интермодуляционных ис
_:Аений (генератор сигналов и фильтр верхних частот). Генератор выдает высокоча
-тотный сигнал (как правило, 7 кГц, используемый для ста~щартных проверок в тех-
-
о..:е звукозаписи), модулируемый низкочастотным сигналом (как правило, 63 Гц).
Рмс.6.17
7kHz
Генератор
звуковои частоты
60Hz
7kHz
60Hz
Фильтр
верхних
частот
Мin
j ~----------~---
::::-
--
_:
Мах
t ------
_______t __ _
Соnротивnение
наrрузки
R· 150k
Схема измерений интермодуляционных искажений (ИМИ)
~-=--~~~~~~~~~~~~
Примечание "рис. Коэффициент интер,чодуляционных искажений (ИМИ) определяется по формуле:
.rми(%)= 100тах- тi.п
.
max+mzn
Этот модулированный сигнал подается на вход усилителя, выход которого через
:рильтр верхних частот подключен к осциллографу. Фильтр верхних частот удаляет
пизкочастотный (60 Гц) сигнал. Поэтому единственным сигналом, который должен
11аблюдаться на экране осциллографа, является сигнал с частотой 7 кГц. Ее.ли же на
экране наблюдаются какие-либо сигналы с частотой 60 Гц, то их присутствие объяс
няется результатом низкочастотной модуляции ВЧ сигнала.
1220 f ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
На рис. 6.17 приведена также упрощенная схема для измерения интермодуляци
онных искажений. Фильтр верхних частот пропускает сигналы частотой 200 Гц
и выше. Постоянные резисторы 40 и 10 кОм используются для того, чтобы ампли
туда сигнала частотой 60 Гц в четыре раза превышала амплитуду сигнала частотой
7 кГц (при условии, что амплитуды обоих выходных сигналов генератора равны).
С помощью потенциометра сопротивлением 10 кОм устанавливается необходимый
уровень смешанного 60 Гц/7 кГц сигнала, который не вызовет насыщения усили
теля при измерениях.
Для расчета коэффициента интермодуляционных искажений можно восполь
зоваться формулой, приведенной в примечании к рис. 6.17.
6.1.20. Фоновый шум
Если осциллограф обладает достаточной чувствительностью, то ег~ можно ис
пользовать для измерения уровня внутреннего шума усилителя, а также для обна
ружения фона переменного тока, генерации и т.11. Осциллограф должен позволять
измерять напряжения на входе величиной менее 1 мВ (и даже значительно ниже
для усилителей на ИС).
Принцип измерений заключается в определении величины выходного напряже
ния усилителя с максимальным значением усиления или громкостью, но без пода
чи входного сигнала. Можно использовать и измеритель уровня сигнала, но осцил
лограф позволяет наблюдать визуально частоту и характерные свойства шумового
сигнала. Усиление осциллографа необходимо увеличивать до тех пор, пока на эк
ране не будут наблюдаться шумы, фон или другие помехи.
Появление напряжения шума может бьпь вызвано наведенными помехами в про
водах, соединяющих усилитель и осциллограф. При сомнениях такого рода отсо
едините провода от усилителя (но не от осциллографа). Если вы предполагаете,
что имеется фон сетевого питающего напряжения с частотой 60/50 Гц (наводки от
источника питания либо другого источника), установите переключатель синхро
низации осциллографа в положение ~от сети~. Появление стационарного изоб
ражения сигнала означает, что его происхождение связано с фоновым сигналом
сети переменного тока, воздействующим на схему. Если изображение сигнала
нестабильно при синхронизации ~от сети~, то его природа, скорее всего, связана
с генерацией в усилителе либо наводками через паразитные емкости. В этом слу
чае закоротите входные клеммы усилителя. Если этот сигнал сохранился, можно
предположить наличие генерации в схеме усилителя.
В современных усилителях на интегральных микросхемах внутренние или фо
новые шумы гораздо ниже уровня 1 мВ, и их практически невозможно измерить
даже очень чувствительным осциллографом. В таких ситуациях необходимо ис
пользовать промежуточный усилитель для усиления сигнала, подаваемого на ос
циллограф (см. рис. 6.18). Проверяемая интегральная микросхема включена для
1юлучения высокого значения усиления 1ю напряжению в качестве первого каскада
усиления. Суммарное усиление по напряжению достигает 50 ООО. Такое усиление
позволяет обнаружить и записать на диаграммном самописце напряжение шума
(см. рис. 6.19). Уровень шумов измеряется в десятисекундном интервале, значение
полного размаха амплитуды напряжения (от пика до пика) составляет 25 нВ.
610'1 0 .1 μF
100К
24.ЗК
0.1 μF
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ l 221 1
2.2 JIFI z.2r··=.::
11ОК
-
-
"
-
Рис. 6.18. Схема измерения уровня шумов в диапазоне частот О, 1-1 О Гц
Примечание к рис. Проверяемый при.бор должен предварительно проzреваться не менее З мurt
и быть защищен от потоков воздуха.
1)
с
е
"
D
:
"4
"
"
Е1:
10с
6.1 .21. Отношение сигнал/шум
50нВ
Рис.6.19
Типичная диаграмма шума усилителя
(запись на диаграммном самописце
__ ,_
в десятисекундном интервале)
Для ряда усилителей на ИС отношение сигнал/шум проверяется вместо измере
ний фонового шума (а иногда и дополнительно). Схема измерений такая же, как
и для измерения уровня нелинейных искажений, за исключением того, что анали
затор нелинейных искажений не используется.
Измерение отношения сигнал/шум характеризует отношение фонового шума
к амплитуде сигнала при работе усилителя в определенных условиях. Например,
для схемы, приведенной на рис. 6.16, амплитуда входного сигнала увеличивается
до тех пор. пока выходной сигнал не достигнет уровня 150 мВт, после чего опреде
ляется значение выходного напряжения в децибелах. Затем входной сигнал от
ключается, но входные выводы остаются соединенными через имеющиеся резис
торы и емкости, вот почему выходной сигнал определяется только напряжением
шумов самой И С. Уровень напряжения шума также измеряется в децибелах, пос
ле чего рассчитывается отношение сигнал/шум.
l222 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
6.1.22. Скорость нарастания и переходные характеристики
Скорость нарастания представляет собой максимальную скорость изменения вы
ходного напряжения усилителя при условии сохранения линейности характеристик
(симметричный выход без нелинейных искажений). Этот параметр обычно приво
щпся в разделе ~Переходные характеристики~ технических условий. К переходным
характеристикам также относятся время нарастания, время установления выходно
го напряжения ОУ, выброс на фронтах импульса и иногда размах колебаний на вер
шине.
Скорость нарастания выходного напряжения определяется делением приращения
выходного напряжения на время, соответствующее этому приращению, - dVвых / dt.
Обычно размерность этой величины - В/мкс. Например, если нарастание величи
ны выходного напряжения усилителя составило 7 В за 1 мкс, то скорость нараста
ния напряжения будет равна 7 В/мкс. Основное влияние этого фактора на работу
схем заключается в том, что большая скорость нарасrания выходноrо напряжения
позволяет получить большую выходную мощность.
Если известна скорость нарастания выходного напряжения, то можно прибли
зительно оценить ширину полосы пропускания по мощности усилителя, исполь
зуя следующее соотношение:
Полная ширина полосы пропускания по мощности (в мегагерцах) -
скорость нарастания выходного напряжения
-
6,28 х пиковое значение выходного напряжения"
Например, в технических условиях для интегральной микросхемы НА-2529
фирмы Harris типовое значение скорости нарастания выходного напряжения рав
но 150 В/мкс, а двойное амплитудное значение выходного напряжения (от пика
до пика) составляет ±10 В (пиковое значение выходного напряжения - 10 В). Тог
да, пользуясь приведенным выше соотношением, получим:
150 = 2,39 мг
6,28Х 10
Ц.
Отметим, что укааанное в паспортных данных для ИС НА-2529 значение полной
ширины полосы пропускания по мощности составляет 2,1 МГц (минимальное зна
чение) и 2,6 МГц (типовое значение).
Наиболее простой способ определения скорости нарастания выходного напря
жения усилителя заключается в измерении крутизны переднего фронта импуль
са выходного напряжения при подаче на вход сигнала прямоугольной формы
(см. рис. 6.20). При этом время нарастания входного прямоугольного сигнала долж
но быть очень малым, чтобы не вносить дополнительные погрешности в измере
ния. В итоге форма импульса выходного напряжения будет отличаться от прямо
угольной и иметь сглаженную форму. В приведенном примере скорость нарастания
(и сп.ада) выходного напряжения составляет примерно 40 В/мкс (40 В за 1 мкс).
Следует отметить, что скорость нарастания выходного напряжения обычно опре
деляют в режиме с замкнутой обратной связью. Как правило, скорость возрастает
с увеличением усиления.
На рис. 6.2 tа.б приведены примеры измерения скорости нарасrания выходного на
пряжения, вреwеIШ нарастания, времени установления выходного напряжения, вы
бросов на фронтах импульсов и раэмаха колебаний на вершине. На рис. 6.21в,г
Входnрямо
уrоl\ЬНЫХ импульсов
(с круn.1ми фронтами)
1kП
-J_
---J_:
Размах
1
40V
1 kf!
11
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ l223 I
К осциллоrрафу
Рис.6.20
~
Измерение скорости нараста
ния выходного напряжения
10%
Примечание крис. В приведен
ном примере скорость нарас
тания выходноzо напряжения
составляет около 40 В/мкс при
единичном коэффициенте уси
ления. Входной сигнал пр.ямоу
zольной формы должен обла
дать минимшьным временем
нарастания.. Размах выходноzо
напряжения (двойное ампли-
тудное значение) равен 40 В.
представлены схемы измерения скорости нарастания выходного напряжения, пере
ходных характеристик и диапазона регулировки напряжения смещения для типового
ОУ на ИС (НА-2529 фирмы Haпis), а на рис. б.21д - осциллограммы сишалов.
6.1 .23. Измерение переходных характеристик
Существует несколько способов измерения переходных характеристик. На рис. 6.22
приведена схема измерения времени установления выходного напряжения.
Для данного типа ИС усилителя (НА-2529) время нарастания сигнала опреде
ляется при выходном напряжении 200 мВ и коэффициенте усиления, равного З.
Поэтому необходимо использовать осциллограф, имеющий достаточно высокую
чувствительность. Как показано на рис. 6.216,д, время нарастания выходного на
пряжения измеряется в диапазоне от 10 до 90% установившегося значения напря
жения и составляет примерно 40 нс. По техническим условиям типовое время на
растания выходного напряжения равно 20 нс, а максимальное - 50 нс.
Время установления выходного напряжения определяется как интервал с мо
мента начала импульса входного напряжения до момента установления выходно
го напряжения в пределах зоны, определяемой размахом колебаний на вершине,
или достижения выходным напряжением определенной величины вблизи устано
вившегося значения. Для усилителя НА-2529 время установления выходного на
пряжения отсчитывается до момента, пока величина отклонения от установивше
гося значения (10 В) при коэффициенте усиления -З не уменьшится до 0,1%.
Таким образом, эти измерения производятся в режиме больших сигналов. Время
установления для данного усилителя чуть меньше 150 нс (от начала импульса
входного сигнала, включая время выброса и возвращения выходного напряжения
к уровню 10 В). По техническим условиям типовое время установления равно
200 нс. С точки зрения работы схемы увеличение времени нарастания, времени уста
новления и выброса на фронте уменьшает ширину полосы пропускания усили
теля. При использовании усилителя на ИС в импульсных схемах большое время
f224 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
а)
+1~
Вход
•1.17У
+&У ····-······
--
••• •
••
-i0%--, ·1- : ," ·-
Выход
,
4У•
~ -:=!Р.'No... -+ -
--·
: КоnООания на
14 • •вершине импульса
4
~ Ге~соросtЪ ~ ±10 mV ат
• нарастания, ~
:
фронта : значения
:
импульса=:
:
дV/дТ :
6) ::v 1 t~ 0111V
OlllV :..J
L 47rriV
~~нa~'!!~~~~-----
. .a oomV -··
80% ·- -·
Выход :
_tl!.~-- :
:
Время
:-- нар~к:тания
.
~
L Время _J
установления
в)
г) У+
20kQ
д)
2V
200~S
50...~
200"S
Вход
Вход
....
~
1
'
Выход
j
1
Выход
\_
г~
5V
200~S
100•V
200"S
Рис. 6.21 . Скорость нарастания и время установления выходного напряжения !а); переходные
характеристики 16); схема измерения скорости нарастания выходного напряжения и переходной
характеристики !в); схема измерения диапазона регулировки напряжения смещения но выходе - V°' !r);
осциллограммы сигналов при измерении скорости нарастания выходного напряжения и переходной
характеристики (д).
Примечания "рис.:
1. Скорость нарастания выходного напряжения определяется как ЛV/ ЛТ. Колебания на вершине
составляют ±10 мВ от установившеzося значения выходного напряжения (рис. 621а).
2. Измерения проводятся как при положительном нарастании вы.ходноzо напряжения (от О до
+200 мВ), так и при отрицательном (от О до -200 мВ) - рис. 6.216.
З. Диаrюзон реzулировки напряжения смещения на выходе определяется выражением \Vos + 1 мВ\.
Типовое значение диапазона {Jezyлupomcu от +28 до -18мВ при сопротивлении резистора Rт - 20 кОм
(рис. 6.211).
нарастания и время установления выходного напряжения могут привести к зна·
чительным искажениям формы импульса.
Вход 1sт.2n
Выход
11670
4 ,.,,
~ 100pF
....." - I
2kn
...
Skn
Кокrрольная точка
...,..____,_
_ .,. для измерения
2kO
С:А1
времени ~новпенмя
CR2
6.1.24. Фазовый сдвиг
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕЙ l22s I
Рис.6.22
Схема измерения времени установления
выходного напряжения (Harris Semiconductor.
Linear &Telecom IS's, 1994, р. 2-310)
Примечание к рис. Коэффициент усиления Av
равен - З. Отношение сопротивлений обратной
связи и суммирующего резистора должио подби
раться с точностью не менее О, 1%. Могут при
меняться ограничительные диоды CR1 и CR2,
рекомендуемый тип - НР5082-2810.
Фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями для многих усилите-
1ей на И С не является определяющим фактором при их разработке, но для неко
торых усилителей, особенно операционных или используемых в качестве опера-
ционных, он критичен. Как правило, в ОУ используется принцип обратной связи,
зависящий от передачи выходного сигнала обратно на вход ОУ. В идеальных усло
виях при разомкнутой обратной связи выходной сигнал должен быть сдвинут по
фазе строго на 180° по отношению к сигналу на инвертирующем входе и·находить
ся в фазе с сигналом на неинвертирующем входе. Любые значительные отклоне
ния от этого условия моrут вызвать серьезные проблемы в работе схем с ОУ.
Допустим, что в схеме с ОУ используется инвертирующий вход (не инвертиру
ющий вход заземлен) и выходное напряжение схемы подается обратно на него.
Если выходной сигнал не смещен полностью на 180° (а только на несколько rpa-
.J.ycoв), в схеме может начаться генерация, так как выходной сигнал находится
почти в фазе с входным. Даже если не возникнет генерация, коэффициент усиле
ния будет нестабильным и схема не будет надежно работать.
Двухлучевой осциллограф (см. рис. 6.2За) - идеальный инструмент иссле
.J.ования фазового сдвига. Для более точных измерений кабели, подключен
ные к входу и выходу схемы, должны иметь одинаковые характеристики и дли
ну. На повышенных частотах разница в длине кабелей или их характеристик
'южет привести к дополнительному фазовому сдвигу. Для упрощения измере
ний следует установить масштаб горизонтальной развертки осциллографа так,
чтобы один период входного сигнала точно укладывался на девяти делениях (как
правило, это соответствует 9 см). Затем можно определить масштаб по горизон
тали (цену деления в градусах фазового угла) для входного сигнала. Например,
если на 9 см экрана осциллографа укладывается один период сигнала (360°), то 1 см
соответствует 40° (360 / 9 = 40).
Для определения величины фазового сдвига необходимо измерить расстояние
по горизонтали между соответствующими точками входного и выходного сигна
.1ов, а затем умножить полученное значение на цену деления (40°/см в приведенном
l226 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЬI
примере). Если расстояние между соответствующими точками входного и выход
ного сигналов равно 0,6 см, то сдвиг фазы составит: 0,6 Х 40° = 24°.
Если в осциллографе имеется множитель скорости развертки, то можно полу
чить более точные результаты. Так, при увеличении скорости развертки в 10 раз,
цена деления составит 4°/см (40°/см Х 0,1 = 4°/см).
На рис. 6.2Зб,в приведены осциллограммы одного и того же сигнала (с увеличе
нием и без увеличения скорости развертки). При десятикратном увеличении ско
рости развертки расстояние по горизонтали равно 6 см и фазовый сдвиг составит
24° (6 см х 4°/см = 24°).
а)
Выходной СИПiаЛ
(запаэдывание}
в)
1
1
Входная
осциллограмма
Выходная
осцммоrрамма
Выходной сигнаn
(заrщцывание} Рис. 6.23
Измерение фазового сдвига
с•
J•
Масштаб увеличен
1
8 10 раз (10х)
6делений
Примечание к рис. Для. повышения точ
ности измерений скорость zоризонmаль
ной развертки осцилл.оzрафа увеличена
в 10 раз.
6.1.25. Измерения в цепях обратной связи
Поскольку усилители на И С содержат цепи обратной связи (особенно схемы ОУ},
иногда необходимо проверить величину напряжения обратной связи на данной
частоте при определенных условиях работы схемы. Принципиальная схема для
проведения таких измерений приведена на рис. 6.24 .
Хотя измерение напряжения обратной связи можно производить по схеме, изоб
раженной на рис. 6.24а, более точные результаты будут получены в том случае,
когда вывод обратной связи нагружен на сопротивление, соответствующее рабо
чему режиму (как показано на рис. 6.24б).
Если величина входного резистора схемы R1 значительно меньше входного со
противления ИС, можно использовать нагрузку, равную сопротивлению входного
резистора. Если же возникают сомнения, следует измерить входное сопротивле
ние И С и подключить к выводу обратной связи резистор такой же величины (для
измерения напряжения в режиме разомкнутой обратной связью). Напомним, что
при нормальной работе большинства схем с ОУ коэффициент усиления по напря
жению в режиме с разомкнутой обратной связью значительно больше коэффици
ента усиления в режиме с замкнутой обратной связью.
о)
б)
Осцимосраф
ИllИ измеритель
уровня
Осцклоrраф
или
измеритель
уровня
R1
R1
6.1.26. Входной ток
11(
)(
11(
R2
R2
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕй t227 \
Рис.6.24
Схемы измерения напряжения
обратной связи
Входной ток (входной ток смещения) усилителя на ИС - это среднее значение
двух входных токов входного дифференциального каскада усилителя. Практичес
кая значимость этого параметра заключается в том, что падение напряжения на вход
ных резисторах (например, подключенных к выводу З ИС на рис. 6.7), зависящее от
входного тока, ограничивает уровень входного синфазного напряжения при повы
шенных значениях входных сопротивлений. Входной сигнал должен быть больше
падения напряжения (что может оказаться проблематичным в случае малого вход
ного сигнала и большой величины сопротивления входных резисторов).
Для измерения входного тока можно использовать схему, приведенную на рис. 6.25.
Резисторы R1 и R2 моrут иметь любую разумную величину сопротивления (при
условии, что они одинаковы и падение напряжения на них может быть удобно
измерено). Для типовых ОУ рекомендуется применять резисторы сопротивлени
ем 1 кОм (с точностью не ниже 1%).
На практике обычно не применяется последовательное подключение измери
тельных приборов к входам ОУ, как показано на схеме, а измеряются падения на
пряжения на резисторах R1 и R2, а затем рассчитывается входной ток. Например,
если падение напряжения на резисторе сопротивлением 1 кОм составило З мВ, то
j221 J ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Рис.6.25
Схема измерения входного тока
Примечание к рис. Питание включе
но, но входной сиzнш не подается.
входной ток будет равен 3 мкА. Для проверки результатов измерений в случае
различных значений токов следует поменять резисторы R1 и R2 местами, чтобы
убедиться, что причина этих различий не вызвана разбросом в величине сопротив
лений. В идеальном случае величины входных токов должны быть равными для
обоих входов; на практике они могут чуть-чуть различаться. Любые серьезные
различия входных токов являются результатом разбаланса дифференциального
каскада усилителя и могут повлиять на работу схемы в целом (такой разбаланс -
признак неработоспособности ИС).
6.1 .27 . Входной ток сдвига и напряжение смещения нуля
Напряжением смещения нуля (входным напряжением смещения) ОУ называется
такое напряжение, при подаче которого на вход выходное напряжение будет рав
но нулю. Входным током сдвига ОУ называется разность входных токов усилите
ля. Обычно используется приведенное к входу значение напряжения смещения
нуля, так как выходные параметры ОУ зависят от обратной связи.
Влияние напряжения смещения нуля и входного тока сдвига заключается в том,
что входной сигнал должен компенсировать некоторое начальное смещение на
входе, прежде чем появится выходной сигнал. Кроме того, при отсутствии вход
ного сигнала существует некоторое постоянное смещение начального уровня на
выходе. Например, если у И С усилителя напряжение смещения нуля составляет
1 мВ и на его вход подан сигнал такой же величины, то на выходе усилителя ника
кого сигнала не будет. Если же увеличить входной сигнал до 2 мВ, усиливаться
будет только часть сигнала, превышающая уровень 1 мВ.
Схема для измерения напряжения смещения нуля и входного тока сдвига ОУ
приведена на рис. 6.26. Выходное напряжение измеряется в двух режимах: Е 1 (S1
замкнут- RЗ закорочены) и Е2 (S1 разомкнут- RЗ включены в цепь).
При равенстве сопротивлений Rt, R2 и R3 значениям, показанным на схеме
(рис. 6.26), допустим, что величины напряжений равны: El = 83 мВ, Е2 = 363 мВ. Тогда
Е
Напряжение смещения= --1
- = 83мВ/100 = 0,83 мВ,
R2/R1
E2-Et
Входнойтоксдвиrа= (l R
=280мВ/[100к0мХ(1+100)]-27,7нА
Rз + 2IR1)
R1
S1г--
1
1
R2
>-------Uвых.
6.1.28. Ослабление синфазного сигнала
ПРОВЕРКА УСИЛИТЕЛЕй l229 I
Рис.6.26
Схема измерений напряжения
смещения и входного тока сдвига ОУ
Примечание к рис. Типовые значения
схемиых зле,wентов: R1 ""' 51 Ом, R2 ""'
5,1кОм, Ю =100кОм.
Для этого параметра существует несколько определений, принятых в литературе
(например, коэффициент ослабления синфазного сигнала, КОСС). Однако для
измерения ослабления синфазного сигнала, независимо от используемого опре
деления, необходимо в первую очередь определить усиление ОУ в режиме с ра
зомкнутой обратной связью на требуемой рабочей частоте. Затем для измерения
ослабления синфазных сигналов надо собрать схему, приведенную на рис. 6.27. Да
лее нужно увеличивать синфазное напряжение (той же частоты, на которой из
мерялось усиление в режиме с разомкнутой обратной связью) до тех пор, пока на
выходе не появится сигнал, уровень которого можно надежно измерить. При этом
нельзя превышать значения максимально допустимого входного синфазного на
пряжения, приведенного в технических условиях. При отсутствии информации
о его величине следует ограничиться максимально допустимым значением вход
ного напряжения для данной И С.
Для упрощения расчетов следует увеличивать входное напряжение до тех пор,
пока значение выходного напряжения не достишет целой величины (например, 1 мВ,
как показано на рис. 6.27). Дзлее необходимо вычисшпь значение эквивзлентного
Uвх.
Рис.6.27
Схема измерения ослабления
синфазного сигнала
12зо 1 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ и КОМПАРАТОРЫ
входного дифференциального сигнала. Для этого требуется разделить получен
ную величину выходного напряжения на значение усиления в режиме с разом
кнутой обратной связью. Например, для значения коэффициента усиления
в режиме с разомкнутой обратной связью, равного 100, и выходного напряжения,
равного 1 мВ, величина эквивалентного дифференциального входного сигнала со
ставит: 0,001 / 100 = 0,00001.
После этого измерьте входное напряжение, при котором выходное напряжение
равнялось 1 мВ, и для определения ослабления синфазного сигнала разделите
полученное значение на величину эквивалентного дифференциального сигнала.
В рассматриваемом примере можно вычислить входное напряжение (при котором
выходное напряжение равно 1 мВ), а затем сместить десятичную запятую на пять
разрядов. Например, если выходной сигнал равен 1 мВ при напряжении входного
синфазного сигнала 1О В, а коэффициент усиления - 100, то коэффициент ослаб
ления синфазного сигнала составит 1 ООО ООО. Полученный результат можно вы
разить в децибелах (120 дБ по напряжению).
6.1.29. Влияние нестабильности напряжения питания
Влияние нестабильности напряжения питания выражается отношением измене
ния напряжения смещения нуля ОУ к вызвавшему его изменению напряжения
питания. В рЯде технических условий размерность этого коэффициента указыва
ется в милливольтах или микровольтах на вольт (мВ/В или мкВ/В), что указыва
ет на изменение напряжения смещения нуля ОУ (измеряется в милливольтах или
микровольтах) относительно изменения напряжения питания (в вольтах). В неко
торых случаях используется величина, определяющая ослабление влияния напря
жения питания, которая измеряется в децибелах.
Независимо от принятого определения для измерения этого параметра ис
пользуется схема, представленная на рис. 6.26. Методика измерений аналогична
приведенной выше, за исключением того, что изменяется напряжение питания
(с шагом 1 В). Изменение напряжения смещения нуля ОУ при изменении напря
жения питания на 1 В и является величиной ослабления влияния напряжения
питания ( е~и необходимо, она может выражаться в децибелах). Схема, изобра
женная на рис. 6.26, может быть использована и при питании усилителя от двух
источников. В этом случае напряжение одного источника питания меняется (с ша
гом 1 В), тогда как напряжение второго источника остается без изменений.
6.2. Типы усилителей на ИС
В этом разделе рассматриваются основные технические характеристики и пара
метры схем с различными типами усилителей на ИС.
6.2 .1 . Операционные усилители
Термин операционный усилитель (ОУ) первоначально использовался для высо
кокачественных многокаскадных усилителей постоянного тока, применяемых
в аналоговых вычислительных машинах. Эти усилители выполняли матема
тические операции (суммирование, масштабирование, вычитание, интегрирование
ТИПЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ИС j231 j
и т.п.). В настоящее время недорогие интегральные ОУ используются во многих
типах усилителей.
На рис. 6.28 приведены примеры классического использования ОУ. Для иnвер
тирующеzо усш~ителя выходное напряжение U вых равно входному напряжению
Uвх' умноженному на отношение R2 / R1. Если значения сопротивлений R1 и R2
одинаковы, то усиления нет (единичное усиление, или коэффициент усиления,
равно 1). Если R2 (сопротивление обратной связи) равно 100 кОм, а R1 (входной
резистор) - 1О кОм, то усиление по напряжению - 1О. В большинстве случаев ОУ
работают в режиме с замкнутой обратной связью. Главной целью применения об
ратной связи является стабилизация необходимого значения коэффициента уси
ления. В инвертирующих усилителях выходное напряжение инвертировано по от
ношению к входному. Эта инверсия происходит при подаче входною сигнала на
инвертирующий(-) вход усилителя (вывод 2).
Неинвертирующий усилитель используется в тех случаях, когда входное и вы
ходное напряжения должны быть в фазе. При этом входное напряжение подает
ся на неинвертирующий ( +) вход (вывод 3), а выходное напряжение Uвых будет
равно входному напряжению U ВХ' умноженному на отношение (R1 + R2) / R1.
В дифференциальном усш~ителе выходное напряжение U вых зависит от разно
сти двух входных напряжений (U2 - U 1), умноженной на отношение сопротивле
ний. Для суммирующею инвертирующе~о усилителя выходное напряжение U вых
является суммой входных напряжений U1, U2 и UЗ. Например, если каждое из
трех входных напряжений равно 5 В, выходное напряжение - 15 В (при условии,
что значения всех сопротивлений R1 - R4 одинаковы).
Для схем, приведенных на рис. 6.28, нужен источник питания с несколькими
выходнЬiми напряжениями (обычно ±5, ±10 и ±15 В). Это требование относится
к большинству ОУ, несмотря на то что некоторые типы ОУ работают только с од
ним напряжением источника питания.
Необходимо отметить, что в схемах с инвертированием сигнала неинвертирую
щий вход ОУ заземлен (иногда через резистор). ОбЬiчно такое заземление приме
няется в ОУ, используемых в схемах с одним входом (хотя ОУ имеют дифферен
циальный вход). Общим правилом является выбор сопротивления заземляющего
резистора равным сопротивлению параллельно включенных резисmров входной
цепи и обратной связи (см. примечание к рис. 6.28г).
Отметим также, что для большинства ОУ, описанных в этой главе, внешние
элементы коррекции не используются. Раньше ОУ зачастую требовали приме
нения внешних корректирующих цепей (обычно состоящих из конденсаторов
и/или резисторов) для обеспечения необходимых частотных характеристик. В на
стоящее время многие ОУ имеют встроенные элементы коррекции и не нужда
ются в дополнительных элементах. Хотя существуют и исключения. Например,
инвертирующий усилитель с высоким входным импедансом, изображенный на
рис. 6.28е, требует применения внешнего корректирующего конденсатора (меж
ду выводом 8 и ~землей~). При определении неисправностей общим является
следующее правило: если усилитель работает, но его частотные характеристи
ки не соответствуют требованиям, то проблемы связаны с элементами коррекции.
l2з2 j ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
112
а)
б)
u-
u..o.. - - ~Uвх.
Rвх.• AI
112
u,
в)
r)
u,
u,
u-
u.
u.
(R1 +R2) R4
R2
u..o. .-
Аз+ R4 Riu 2 -Riu'
ДlllR1 •RЗмR2=FИ
R2
"':"
u-.- iiitu2 - u,.
д)
е)
Вход
Uвых
CI
t11F
ж)
э)
Вьосод
111
114
":"
AI
IOlll
",
111.:1
l.IM
":"
11•
IM
-=-
u-
R1+R2
u-.- - R -1-Uвх.
u- .-
- R4(.!l! .+!!l+!!!)
AIR2АЗ
CI
JpF
Вьосод
и
rlD8pF
"'
IDМ
u-.
Рис. 6.28. Классические примеры использования ОУ (Natioпal Semiconductar, linear Applications Handbook,
1994, р. 70): а) инвертирующий усилитель; бl неинвертирующий усилитель; в) дифференциальный усилитеnь;
г) инвертирующий суммирующий усиnитеnь; д) неинвертирующий суммирующий усилитель; е) инвертирующий
усилитель с высоким значением входного сопротивления; ж) быстродействующий инвертирующий усилитель
с высоким выходным сопротивлением; з) неинвертирующий усилитель переменного тока
ТИПЬI УСИЛИТЕЛЕЙ НА ис 12зз 1
Примечания к рис.:
R1//R2 = R3//R4 для снижения ошибки из-за влшшия входиоzо тока (рис. 6.28в).
R5 = R1//R2//R3//R4 для снижения ошибки из-за влияuия входиоzо тока (рис. 6.28z).
Тачиость - 1% при входиом сопротивлеиии источ1шка сигнШiа 1 кОм (рис. 6.28д).
.
Поzрешиость коэффициеuта ycwteнuя ие превышает 1% (при использоваиии источника сиzнШiа
с выходиы.м сопротивлеиием ие более 100 кОм) - рис. 6.28е.
5.2.2. Управляемый операционный усилитель
Управляемый операционный усилитель (иногда называемый программируемым уси
~елем) очень похож на обычный ОУ. хотя они не полностью взаимозаменяемы. Этот
ерационный усилитель имеет не только стандартные дифференциальные входы, но
и дополнительный управляющий вход, на который подается ток смещения IАБС"
Схема усилителя на ИС, управляемого током IАБС' приведена на рис. 6.7. Величи
на управляющего тока, подаваемого на вывод 5, устанавливается резистором R5.
Управляющий вход расширяет возможности операционного усилителя. Напри
:мер, если требуются низкое энергопотребление, малые входной ток и ток сдвига
_1ибо высокое входное сопротивление, то необходимо выбрать небольшое значе
ние 1Авс· С другой стороны, если усилитель работает при средних значениях со
nротивления нагрузки, то используются более высокие значения 1АБС"
Еще одно отличие управляемого операционного усилителя от стандартного ОУ
заключается в очень высоком значении выходного сопротивления (для большин
ства обычных ОУ оно существенно ниже). Поэтому выходным сигналом управляемо
го операционного усилителя лучше считать ток, величина которого пропорциональна
разности напряжений на его двух дифференциальных входах (инвертирующем
и неинвертирующем).
Переходные характеристики управляемого операционного усилителя (или со
отношения вход/выход) лучше определяются понятием транспроводuмостu
(transconductance), или крутизны переходной вольт-амперной характеристики,
чем усилением по напряжению. Крутизна ОУ, обозначаемая, как правило, gm или
g12 , представляет собой отношение изменения выходного тока (1 Бых> и входного
напряжения (ЕБх>· За исключением высокого значения выходного сопротивления
и переходных характеристик, остальные параметры управляемого операционного
усилителя не отличаются от параметров обычного ОУ.
На рис. 6.29 приведена типовая схема включения управляемого операционного
усилителя, дополненная внешними элементами. Предположим, что требуется уси
ление в режиме с разомкнутой обратной связью, равное 100. Оно напрямую зави
сит от величин выходной нагрузки RL и крутизны ОУ. Однако действительное зна
чение выходной нагрузки определяется параллельно включенными резисторами
RL и RF и равно примерно 18 кОм (RL х Rp) / (RL + Rp). Для коэффициента уси
ления в режиме с разомкнутой обратной связью, равного 100, и выходной нагруз
ки 18 кОм значение gm составит 100/18 ООО, или около 5,5 мСм (миллисименс).
Крутизна ОУ устанавливается током 1лвс Пользуясь приведенными на рис. 6.30
характеристиками, выберем значение 1лвс (по кривой для минимальных значений),
чтобы обеспечить необходимое усиление. Как следует из графика (рис. 6.30), если
gm = 5,5 мСм, то 1АБС приблизительно равен 20 мкА.
1234 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИПЛИ И КОМПАРАТОРЫ
+fN
Ращения1
<4МО l
-fN
1VUV
.-
~~
~
-
~
il"""'
-fN
~
/
~""
-
Типичная -
-
Рис.6.29
Тиnовая схема включения уnравляемоrо
оnерационноrо усилителя (Harris Semicon-
ductor. Linear &Тelecom IS's, 1994, р. 2~58)
Рис.6.30
~~
,,,,.,
Минимальная .
==~ Зависимость крутизны управnяемого
операционного усилитеnя от тока смещения
(Harris Semiconductor. Unear &Telecom IS's,
1994, р. 2-695)
~
~~~
~ ...
to
tao
Ток смещения (lмс), мкА
Примечание к рис. Температура окружаю
щей среды - +25 °С, 'Частота - 1 кfц, на
tооо пряженuя питания: V+ - 6 В, V- - -6 В
иV+ - +15В.V---15В.
6.2.З. ОУ со стабилизацией прерыванием
Стабилизация прерыванием используется в тех случаях, когда особенно важны
стабильность характеристик во времени и независимость их от изменений темпе
ратуры и напряжения питания. На рис. 6.31 и 6.32 приведены функциональная схе
ма, пояснения к принципу работы и расположение выводов ОУ со стабилизацией
прерыванием на примере интеrральной микросхемы ICL780SS фирмы Haпis. Она
полностью взаимозаменяема со стандартной ИС IC7650, но имеет улучшенные
параметры по напряжению смещения нуля, более низкий температурный коэффи
циент напряжения смещения и входного тока сдвига, меньшее значение входного
тока и более широкий диапазон синфазных напряжений.
Как показано на рис. 6.31, ИС состоит из двух ОУ - основного и обнуляющего.
Оба усилителя имеют конденсаторы для фиксации напряжения смещения нуля.
Основной ОУ постоянно включен между входными и выходными шинами, обнуля
ющий ОУ под управлением генератора прерывания и схемы синхронизации попе
ременно обнуляет себя и основной усилитель. Два внешних конденсатора СЕХТА
и СЕХТВ служат для сохранения обнуляющих потенциалов. Синхронизирующий ге
нератор и все остальные цепи управления являются внутренними. Однако вариант
конструктивного исполнения ОУ в 14-выводном корпусе (рис. 6.32в) предусматривает
Внуrр./внешн. tlА
Вход внешн. синхр. Ген. ~
Вых.синхр.
с
Осн. Внуrр.
+Вход ~i---------1
-Вход ....-i---------1
смещ.-1 Р
типы УСИЛИТЕЛЕЙ НА ис l2зs 1
Вход внешн.
~ синхр.
---
А Вых. синхр.
...,___ .
~·
-------г---1
с
Фиксация уровня
Рис. 6.31. Внутренняя функциональная схема ОУ со стабилизацией прерыванием (Harris Semicoпductor.
Liпear& Telecom IS's, 1994, р. 2-695)
а)г....ввr....
-IN
2
•
1V+
+tN з
6 ооrм
V·4
5 С:,.
v.
Рис. 6.32. Расположение выводов ОУ со стабилизацией прерыванием типа ICL7 6505, вид сверху (Harris
Semicoпductor. Liпear & Telecom IS's, 1994, р. 2-694): о) корпус PDIP, SOIC; 6) корпус ТО-99; в) 14-вывод
ной корпус PDIP, CDIP, SOIC
возможность подключения при необходимости внешнего синхронизирующего гене
ратора. Все внутренние функции усилителя доступны для пользователя, что позво
ляет устранить общие для всех ОУ со стабилизацией прерыванием проблемы (ин
термодуляцию, выбросы и блокировку при перегрузке).
Как показано на рис. 6.33, для ОУ со стабилизацией прерыванием используются
те же самые схемы включения, что и для основных типов ОУ (инвертирующий уси
литель, неинвертирующий усилитель и повmритель напряжения). Однако для них
необходимо подключение к выводам СЕХТА и СЕХТВ дополнительных конденсато
ров, обеспечивающих напряжение обнуления, причем общая точка конденсаmров
должна быть подключена к выводу CRE"IN" Эm соединение должно быть выполнено
непосредственно к каждому конденсатору отдельным проводом либо печатной до
рожкой на плате, чтобы избежать в цепях конденсаторов появления сигнала, выз
ванного падением напряжения от тока нагрузки. Внешняя обкладка каждого кон
денсатора должна (если возможно) подключаться к выводу СRЕТN-
Для того чтобы полностью использовать преимущества ОУ со стабилизацией
прерыванием, их входы должны быть защищены. На рис. 6.33г показана защита
l236 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЬI
в)
R2
Выход
Fl1
б)~-
-~
r)
Внешние
конденсаторы
-~\ос~;.~
Уа Защита
(вид снизу)
Рж.6.33
Схемы включения ОУ со стабилизацией
прерыванием jHarris Semiconductor.
linear& Telecom IS's, 1994, р. 2-703):
а) инвертирующий усилитель;
б) повторитель; в) неинвертирующий
усипитель (АЛя оптимальной защиты
необходимо низкое значение
сопротивпения R1 // R2); г) топопоrия
печатной платы для защиты входных
контактов ОУ при использовании
металлического корпуса транзистор
ного типа ТО-99
входных выводов ОУ в В-выводном корпусе транзисторного типа ТО-99 с исполь
зованием 10-контактной конфиrурации площадки для установки ОУ на печатной
плате. При этом поверхность платы вблизи входных выводов 2 и 3 ОУ не занята
При конструктивном исполнении ИС в 14-выводном плоском пластмассовом кор
пусе (PDIP) выводы расположены таким образом, что для облегчения выполнения
условий защиты соседние с входными выводы не используются (см. рис. 6.32в ).
:Большая часть информации, приведенной далее, касается основных принципов
схемотехники, и содержащиеся в ней технические сведения будут наиболее полез
ны тем читателям, которые еще не очень хорошо представляют себе проблему по
иска неисправностей в электронных схемах. Приводимые технические сведения
служат основой для постепенного изучения вопросов, связанных с диаrностикой
неисправностей в усилителях.
6.2 .4. Прохождение сигнала
Основной метод поиска неисправности в усилителе связан с проверкой прохож
дения сигнала в схеме, как показано на рис. 6.34. Наличие входного и выходного
сиrналов в каждом каскаде должно проверяться осциллографом или измерителем
сигнала. Любой каскад, на выходе которого обнаружено отклонение в форме сиг
нала или каких-то иных параметрах или отсутствие выходного сиrнала вообще,
при наличии на входе каскада тестового сигнала с нормированными параметрами
должен рассматриваться как явно дефектный. Для локализации неисправности
используются измерения сопротивлений и/или напряжений на всех элементах
транзистора или интегральной микросхемы.
Наиболее удобным прибором для проверки схем усилителей (как отдельных
каскадов, так и сложных систем) является осциллограф. Его возможности позво
ляют выполнять функции любого измерителя, к тому же он обладает преимуще
ством наглядного отображения сигналов на экране, что позволяет оперативно
оценить основные параметры и наличие отклонений в работе усилителя: звон,
искажения формы сигнала, шум, пульсации, генерация и т.п.
Сиrnал
звукового
генератора
Ро
Звуковой
rенератор
ТИПЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ИС l237 j
Измеряемые сигналы
-- - - {>>----1(:>>----1[>>-----[() ~мкоговормтель
t1агрузка
Осциллограф
Рис. 6.34. Схема nроверки усилителя методом контроля nрохождения сигнала
Примечание к рис. По мере проверки каждоzо каскада усшителя амrиштуда сиzнала должна возра
стать, но ezo форма не должна искажаться.
При проверке работы усилителя методом прохождения сигнала осциллограф
используется точно так же, как и измерительный прибор. На вход схемы подастся
тестовый сигнал генератора (рис. 6.34 ). На экране осциллографа производится
измерение амплитуды и формы сигнала. В качестве входного может использовать
ся сигнал синусоидальной либо прямоугольной формы.
Щупом осциллографа последовательно контролируется сигнал на входе и вы
ходе каждого каскада усилителя, пока не будет проверен выходной сигнал конеч
ного каскада. На каждом этапе проверяется выходное напряжение и усиление,
а также форма выходного сигнала каскада, которая не должна отличаться от фор
мы входного сигнала, подаваемого с генератора. Покаскадное усиление и искаже
ния формы сигнала быстрее всего определяются осциллографическими методами.
6.2.5. Измерение усиления отдельных каскадов
:Будьте внимательны при измерении усиления в отдельных каскадах усилителя,
особенно охваченных обратной связью. Например, в схеме на рис. 6.35 при изме
рении сигнала на базе транзистора Qt напряжение на базе относительно ~земли~
не является величиной входного напряжения. Поэтому для получения правиль
ного значения усиления необходимо подключить общий зажим измерителя (или
осциллографа) к эмиттерному выводу транзистора. а измерительный щуп - к базо
вому. Фактически следует произвести измерение на переходе база-эмиттер тран
зистора. При этом учитывается действие сигнала обратной связи.
Основная мера предосторожности при тестировании схем: ни в коем случае
нельзя прикасаться заземленным выводом осциллографа или общим выводом из
мерительного прибора к базовому выводу транзистора. Исключением может быть
ситуация, когда общий вывод или щуп подключен к изолированному шасси, плате
осциллографа или измерительного прибора. Большие токи, протекающие по контуру
l2зa I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ и КОМПАРАТОРЫ
а)
в)
:
0 '\::МА
1:
J:
100-----------------
7•810111213,.
Ток коллектора, мА
б)
r)
;
Ноuинаnьный ~ С учеrом R--· К - Б
(без )'Н!ТЗ Rvreчot К·Б)
· у1~
nеремЫЧkЗ
K•IV
э-2v
Б•2.5V
K•4V
Э•3V
Б•Э.SV
Рис. 6.35. Основные методы поиска неисправностей в схемах дискретных усилителей
Приме..ание "рис. Показание вольтметра до.!lЖНо составлять приблизительно 12 В при подключе
нии закорачивающеzо шунта между выводами базы и эмиттера транзистора (см. рис. 6З5z). При
от1С!lючении шунта показание вольтметра должно составлять примерно 6 В.
заземления между измеряющим прибором и проверяемой схемой, могут прохо
дить через переход база-эмиттер транзистора и выведут его из строя. Эта пробле
ма решается при помощи изолирующего (развязывающего) трансформатора.
6.2 .6 . Пониженное усиление
Искажения могут быть следствием низкого значения коэффициента усиления уси
лителя, охваченного обратной связью. Если усиление имеет нормальную величи
ну, некоторые виды искажений могут быть устранены. При низком же значении
коэффициента усиления влияние обратной связи может оказаться недосrаточным
для снижения уровня искажений до заданного предела. Разумеется, пониженное
значение коэффициента усиления само по себе является поводом для детальной
проверки схемы, как с обратной связью, так и без нее.
ТИПЫ УСИЛИПЛЕЙ НА ИС l239 I
Многие типы усилителей имеют очень большой коэффициент усиления в ре
жиме разомкнутой обратной связи. Значение усиления устанавливается отноше
нием величин резисторов (как говорилось выше, отношением величины сопротив
ления обратной связи к входному нагрузочному сопротивлению). Низкое значение
усиления экспериментальной схемы в режиме с замкнутой обратной связью ука
зывает прежде всеm на неправильный подбор величин резисторов. Для mтового
усилителя проблема возникает тогда, когда значение коэффициента усиления
в режиме с замкнутой обратной связью меньше тоm, которое определяется соот
ношением величин сопротивлений. При поиске неисправностей в тех случаях,
когда форма сигнала указывает на низкое усиление, а напряжения транзистора
или интегральной микросхемы находятся в допустимых пределах, попытайтесь за
менить транзистор или интегральную микросхему.
Помните о том, что эмиттерный развязывающий конденсатор (если он есть в схе
ме) может быть оборван или иметь большие утечки. При больших утечках кон
денсатор начинает действовать как сопротивление, включенное параллельно эмит
терному резистору, что приводит к значительному возрастанию отрицательной
обратной связи и низкому усилению. При полностью закороченном (пробитом)
эмиттерном развязывающем конденсаторе напряжение на эмиттере транзистора не
соответствует норме (оно, как правило, равно нулю или же потенциалу ~земли~).
б.2.7. Искажения в каскадах усилителя на дискретных элементах
Искажения моrут быть вызваны неправильной величиной смещения, насыщени
ем при слишком большом усилении либо слишком малым усилением, недостаточ
ным для того, чтобы сигнал обратной связи мог сгладить искажения. Проблемой,
часто встречающейся в каскадах усилителей, охваченных обратной связью, и при
водящей к искажениям, является увеличение усиления из-за тока утечки транзи
стора. Как правило, считается, что повышение тока утечки перехода коллектор
база транзистора снижает усиление, так как этот ток имеет противоположенное по
отношению к току сигнала направление. Несмотря на то что данное утверждение
справедливо для одиночного каскада, оно может оказаться не совсем верным для
мноmкаскадного усилителя, охваченного обратной связью.
При значительных токах утечки перехода коллектор-база транзистора напря
жение на базе становится ближе к напряжению на коллекторе (по сравнению со
случаем отсутствия тока утечки). В такой ситуации возрастает не только прямое
смещение на транзисторе, но и ток через транзистор. Увеличение тока транзисто
ра вызывает снижение входного сопротивления, что само по себе может вызвать
снижение усиления в некоторых схемах. Если усилитель, охваченный обратной свя
зью, имеет непосредственно связанные каскады, влияние обратной связи возраста
ет. Это происходит потому, что рабочая точка следующего каскада, задаваемая сме
щением на базе, также смещается, что может привести в результате к искажениям.
б.2.8. Влияние утечки на работу схем с дискретными элементами
При наличии значительных токов утечки усиление в каскаде на дискретных эле
ментах снижается до нуля и/или форма сигнала значительно искажается. Эта же
причина вызывает изменения формы и величины напряжений на транзисторе.
12401 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Внешние проявления позволяют сравнительно легко определить причину неис
правности. Определение неисправности становится весьма сложным в том случае.
когда токи утечки достаточны только для снижения усиления, но не вносят значи
тельных искажений в форму сигнала или существенных изменений в напряжения
на транзисторе.
6.2.9 . Ток утечки коллектор-база
Повышенный ток утечки коллектор-база - один из наиболее частых дефектов
транзистора и классическая причина низкого значения усиления для отдельного
каскада. При наличии тока утечки перехода коллектор-база транзистор может
оказаться смещенным в прямом направлении или прямое смещение увеличится
(см. рис. 6.356). Влияние тока утечки коллектор-база эквивалентно действию ре
зистора, включенного между коллектором и базой транзистора. Потенциал базы
становится ближе к потенциалу коллектора, и транзистор смещается в прямом
направлении. При достаточно высоких значениях тока утечки транзистор может
оказаться в режиме насыщения (либо в состоянии, близком к насыщению). Во
время работы транзистора в этих условиях коэффициент усиления (одиночного
каскада) уменьшается, как показано на рис. 6.ЗSв.
6.2.10. Проверка токов утечки транзисторов в схеме
Если номинальные значения напряжений неизвестны, как бывает в случаях с экс
периментальными схемами, неисправный транзистор может выглядеть вполне
исправным, так как соотношения между всеми напряжениями находятся в норме.
Переход коллектор-база смещен в обратном направлении (для транзистора n-p -n
типа положительное напряжение на коллекторе больше, чем на базе), а переход
эмиттер-база смещен в прямом направлении (для транзистора n-p -n типа напря
жение на базе больше, чем на эмиттере).
Простой способ проверки транзистора на наличие токов утечки показан на
рис. 6.ЗSг. Напряжение на коллекторе измеряется относительно ~земли~. Затем за
корачиваются между собой базовый и эмиттерный выводы и повторно измеряется
напряжение на коллекторе. При отсутствии утечек закорачивание перехода эмит
тер-база выключает транзистор, а напряжение на коллекторе возрастает до напря
жения источника питания. При наличии же каких-либо утечек для тока сохраняет
ся прежний путь (через эмиттерный резистор, шунт эмиттер-база, сопротивление
утечки коллектор-база и коллекторный резистор). На коллекторном резисторе
происходит некоторое падение напряжения, и потенциал коллектора будет ниже
напряжения питания на эту величину.
Большинство измерительных приборов обладает собственным потреблением
тока по входу. Этот ток во время измерений протекает через коллекторный резис
тор (см. рис. 6.ЗSг), что может привести к недоразумениям, особенно в тех случа
ях, когда у прибора низкое значение параметра Ом/В. Чтобы этого избежать, ре
комендуется подключить прибор к источнику питания через вспомогательный
резистор, имеющий такое же сопротивление, что и коллекторный. Напряжение
источника питания относительно ~земли~ в этом случае должно быть точно таким
же, как при 11змерении напряжения на коллекторе относительно ~земли~. Если же
ТИПЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ИС J241 j
измеренное напряжение источника питания больше, чем напряжения на коллек
торе, то транзистор имеет утечку.
Предположим, что напряжение на коллекторе, измеряемое относительно ~зем
ли~, равно 4 В (см. рис. 6.ЗSг). Значит, падение напряжения на коллекторном ре
зисторе составляет 8 В и ток коллектора равен 4 мА (8 / 2000 = 0,004). Как прави
ло, нормальное рабочее напряжение коллектора равно приблизительно половине
напряжения источника питания (то есть примерно 6 В в рассматриваемом приме
ре). Хотя напряжение на коллекторе равно 4, а не 6 В, это не означает дефекта
схемы, так как некоторые схемы разработаны именно для таких напряжений.
Тем не менее транзистор должен быть проверен на утечку с использованием
закорачивания перехода эмиттер-база (рис. 6.35г). Допустим, что напряжение на
коллекторе возрастает до 10 В при закорачивании выводов эмиттера и базы (на
пряжение на коллекторном резисторе - 2 В при напряжении источника питания
12 В). Это указывает, что транзистор находится в режиме отсечки, но через рези
стор все еще протекает некоторый ток, и его величина составляет примерно 1 мА
(2 / 2000 = 0,001).
Значение тока 1 мА слишком велико для входного тока большинства современ
ных измерительных приборов. Для подтверждения утечки именно в транзисторе
подключите его через вспомогательный резистор сопротивлением 2 кОм (соответ
ствующий коллекторной нагрузке) к источнику питания 12 В (лучше всего в той
же точке, где подключен коллекторный резистор). Предположим, что с использо
ванием внешнего резистора показания прибора составили 11,7 В. Это свидетель
ствуют о том, что транзистор имеет утечку.
Ток утечки транзистора можно оценить следующим образом: 11,7 - 10 = 1,7 В
(разность напряжений), и утечка составляет 1,7 / 2000 = 0,00085 = 0,85 мА. Одна
ко с практической точки зрения наличие сколько-нибудь заметного тока, протека
ющего через транзистор, который находится в режиме отсечки, является безуслов
ным и достаточным основанием для его замены.
6.2.11. Пример поиска неисправностей в усилителе
На примере комбинированного НЧ усилителя, содержащего дискретные элемен
ты и интегральный ОУ, проводится поэтапная проверка, определение характера
неисправности (элемента или проводного соединения) и ее локализация. Этот
усилитель, принципиальная схема которого приведена на рис. 6.36, выбран в каче
стве примера именно по той причине, что в его состав входят и дискретные эле
менты, и интегральная микросхема. ИС САЗО94В является программируемым
усилителем (усиление на котором задается резистором на выводе 5) и аналогичен
операционному усилителю, управляемому током.
Внешние симптомы неисправности значения не имеют, так как действительная
причина может заключаться в одном или нескольких элементах схемы (транзисторы,
ИС, диоды, конденсаторы и т.п.) или даже в неправильно выполненном соединении
схемных элементов. Если это так, то последующая проверка формы сигналов, напря
же1mй, сопротивле1шй поможет определить цепь схемы, содержащую неисправность.
При проверке схемы, входящей в состав какого-нибудь оборудования, лучше
всего начать с изучения доступной литературы и определения работоспособности
l242 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Вернtе
зsук. частоты
·nодьеu·
"Спад"
(по Чёl:. стрелке) (против Чёl:. стрелки)
f5W
0.0lμF
l!20Q
IDW'I
fOW
·nодъем·
"Спад"
(по Чёl:. стрелке) Нижние (против Чёl:. стреnки)
звук. частоты
с.
0.4711F
Перемычка
Df • D4 fN539f
8арианr цеnм
темnераl)'рНОЙ компенсации
Jв.~
t·~·
Рис. 6.36. Принципиальная схема и эксплуатационные Аанные комбинированного НЧ усилителя (Harris
Semiconductor. linear &Telecom IS's, 1994, р. 2-100)
Примечание к рис. TиnOlЛ:Jle эксплуатациснные данные для НЧ усшште.ля с вшодной мощностью 12 Вт:
о выходная мощность (наzрузка 8 Ом, реzул.ятор тембра установлен в положение ~Равномерно•):
-
муЗЪ1ка (для общих нелинейных искажеиий 5%; стабилизированный источник питания) - 15 Вт;
-
непрерывный режим (при уровне интермодул.яционных искажений 0,2%, для сиzналов 60 и 2 кГц,
смешанных в соотношении 4:1; нестабилизированный источник питания) - 12 Вт;
О общие нелинейные искажения:
-
при 1 Вт, нестабилизированный источник питания - 0,05%;
-
при 12 Вт, нестабилизированный источник питания - 0,57%;
О усиление по напряжению - 40 дБ;
о фон переменноzо тока и шумы (ниже уровня выходного сиzнала в непрерывно;w режиме) - 83 дБ;
О входное сопротивление - 250 кОм.
Особенности:
1. Для стандартноzо входноzо сиzнала: С2 закорачивается; R1 = 250 кОм; С1 =0,047 мкФ; удалить
резистор R2•
2. При использовании нерамическоzо звукоснимателя в mчестве источника входноzо сиzнала: С1 =
0,0047 мнФ; R1 - 2,5 МОм; удалить перемычку на С2; оставить R2.
З. Силовой трансформатор STANCOR Р-6609 либо эквивалентный (120 В переменноzо тока/26,8 В
с отводом от середины об,wотки, ток до 1А).
ТИПЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ИС l243 t
схемы. В предложенном примере единственным ~литературным источником~
является принципиальная схема, приведенная на рис. 6.36. В прилагаемом опи
сании технических характеристик говорится о выходной мощности 12 Вт на на
грузке сопротивлением 8 Ом. Хотя нагрузка на схеме изображена в виде RL' вы
можете предположить, что схема будет использоваться с динамиком, имеющим
сопротивление 8 Ом. На схеме не указаны контрольные точки и формы сигна
лов, не везде приведены значения напряжений и нет никаких данных о величи
нах сопротивлений относительно ~земли~ (карты сопротивлений). Тем пе менее,
имея даже такие неполные сведения, можно осуществить проверку, наблюдая
сигнал в различных точках схемы, и установить причину неисправности по ре
зультатам этой проверки.
Прежде всего необходимо подать сиmал на вход (на схеме это конденсатор С1)
и проверить его наличие па выходе. Выходное напряжение измеряется на RL либо на
динамике с сопротивлением 8 Ом, подключенном вместо RL. Во время проверок надо
обязательно использовать либо резистор, либо динамик, но никогда не включайте
эту схему без наzрузки, иначе элементы Q2, Q3 и, возможно, Q1 выйдут из строя.
Выходной сигнал (на соединенных эмиттерах Q2/Q3 и/или динамике) должен
быть равен примерно 1О В для того, чтобы развить мощность 12 Вт на нагрузке 8 Ом
(9,82 / 8 = 12 Вт). Если, как следует из спецификации, схема имеет усиление по
напряжению 40 дЕ, входного сигнала с напряжением 0,1 В (100 мВ) будет вполне
достаточно, чтобы получить полную мощность на динамике, правда, в зависимос
ти от положения движка переменного резистора R1.
Подключите на вход усилителя генератор звуковой частоты и установите на нем
сиmал с напряжением 0,1 В частотой 1 кГц. Регуляторы настройки верхних и ниж
них частот тембра надо установить в средние положения, а регулятором R1 до
биться неискаженного (~хорошего~) звучания сигнала в динамике и/или хорошо
различимого сигнала на соединенных эмиттерах Q2/Q3.
Далее требуется установить R1 в положение, при котором напряжение сигнала
на динамике (или соединенных эмиттерах) составит 1О В. Возможно, при этом зву
ковая нагрузка на уши будет слишком велика, тогда при помощи резистора R1
следует подобрать приемлемую силу звука и изменить положение ВЧ и НЧ ре
гуляторов тембра. Оба они должны оказывать определенное влияние на высоту
звукового тона, но воздействие регулятора нижних частот должно быть более за
метным. Далее необходимо установить частоту сигнала генератора равной 1О кГц
и повторить проверку регуляторов тембра. При этом влияние реrулятора высоких
частот должно быть больше.
Если схема усилителя работает так, как описано выше, предположение о ее ра
ботоспособности подтверждается. Если у вас имеются соответствующие приборы,
то следует произвести измерения общих нелинейных и интермодуляционных ис
кажений и сравнить полученные результаты с данными, приведенными в специ
фикации схемы (см. примечание к рис. 6.36). Нужно также проверить действи
тельную величину сигнала на входе интегральной микросхемы (вывод 2), когда
выходной сиmал равен 1 В, и определить действительное усиление по напряжению,
которое должно составлять 40 дЕ.
1244 \ ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
В случае, если работа схемы в ходе проверки отличается от описанной выше
следует установить ручки управления громкостью и тембром (ВЧ и НЧ) в сред
ние положения и проверить напряжения на выводах 2 и 8. Измерения в конт
рольных точках можно проводить вольтметром переменного тока, вольтметром
постоянного тока с выпрямлением сигнала либо осциллографом. Осциллограф
наиболее предпочтителен, поскольку любые искажения формы сигнала в конт
рольных точках сразу же отразятся на экране прибора (так же, как и отклонения
напряжения).
Если на выводе 2 микросхемы есть сигнал, но он отсутствует на выводе 8, либо
усиление сигнала на выводе 8 по сравнению с выводом 2 очень невелико, неисп
равность связана с ИС. Следует проверить напряжения на всех выводах микро
схемы. Хотя точные значения напряжений неизвестны, сеть определенные приемы
их оценки.
Вторичная обмотка силового трансформатора рассчитана на напряжение 26,8 В
и имеет отвод от середины обмотки. Поэтому значения напряжения питания +V
и -V будут находиться в интервале от 12 до 15 В и иметь одинаковые значения.
В любом случае напряжения на выводах 4 и 6 интегральной микросхемы будут
равны примерно -12 В, а на выводе 7 - +12 В (хотя напряжение на выводе 7 долж
но быть чуть меньше по сравнению с выводами 4 и 6 из-за наличия подключен
ного к нему резистора 5,6 кОм).
Если напряжения на выводах ИС нормальные, а усиленный сигнал на выводе 8
мал, это может означать, что либо неисправна микросхема, либо величина резис
тора на выводе 5 подобрана неверно (как указывалось выше, этот резистор задает
усиление операционных усилителей, управляемых током, и программируемых
усилителей) Возможно также, что глубина обратной связи с выхода усилителя
через С2 и реrулятор тембра на инвертирующий вход ИС (вывод 3) слишком ве
лика. Следует помнить, что основное усиление сигнала по напряжению в этой схе
ме обеспечивает микросхема, а транзисторы Q2 и QЗ являются усилителями мощ
ности.
Если на выводе 8 ИС имеется нормальный сигнал, но на выходе усилителя (на
динамике или RL) его нет, неисправна дискретная часть схемы (связанная с эле
ментами Qt, Q2 и QЗ). Необходимо проверить коллекторные напряжения тран
зисторов Q2 и QЗ. Их значения должны составлять примерно 12 В и быть почти
одинаковыми (за исключением разной полярности). Кроме того, эти напряже
ния должны практически совцадать с напряжениями на выводах 4, 6 и 7 И С.
Проверки напряжений и формы сигналов вполне достаточно для обнаружения
любых серьезных отклонений в работе схемы (включая неправильные соединения
схемных элементов). Разумеется, если схема работоспособна, но ее рабочие харак
теристики отличаются от паспортных, то, вероятно, проблема заключается в нека
чественном монтаже, неправильном выборе номиналов отдельных элементов и т.п.
В заключение необходимо отметить, что основные приемы по определению неис
правностей, описанные в данном разделе, моrут применяться ко всем схемам на
стоящей главы.
КОМПАРАТОРЫ 1245 I
6.3 . Компараторы
Интегральные компараторы по своей сути являются операционными усилителя
ми с высоким коэффициентом усиления и предназначены для работы в режиме
с разомкнутой обратной связью. Как правило, сигнал на выходе компаратора по
является тогда, когда напряжение на входе принимает значение выше или ниже за
данного уровня либо когда входное напряжение пересекает нулевой уровень. На
пример, в схемах, приведенных на рис. 6.37 и 6.38, kомпаратор LM 111 выдает на
своем выходе (вывод 7) уровень лог. 1 или лог. О соответственно при положитель
ной или отрицательной разности напряжений на входах.
R1
Z.liM
JU
liM
R4
IOK
К ИС на МОП сrрукуурах
Рис.6.37
_....,.__....,.__\'_.
- 18\'
Детектор уровня для фотодиода
Порог или уровень срабатывания устанавливается путем подачи на один из вхо
дов компаратора опорного напряжения. Сравниваемый сигнал поступает на проти
воположный вход. Состояние выхода компаратора изменяется, когда входной сигнал
либо превышает, либо становится ниже уровня опорного напряжения. В качестве
компаратора мог бы использоваться обычный ОУ широкого применения, однако
время срабатывания таких ОУ составляет, как правило, несколько десятков микро
секунд. В табл. 6.2 приведены характеристики классического компаратора на интеr
ралыюй микросхеме LM111 (при напряжении питания 5 В и температуре 25 "С).
Табnица 6.2. Основные параметры компаратора lМ 111
Параметр
Значение параметра
Единица измерения
мин.
типовое макс.
Входное напряжение смещения нуля -
0,7
3
мВ
Входной ток смещения
4
10
нА
Входной ток сдвига
60
100
нА
Усиление по напряжению
100
В/мВ
Время срабатывания
200
нс
Диапазон синфазного сигнала
0,3
3,8
в
Размах выходного напряжения
50
в
Выходной ток
59
мА
Коэффициент разветаления
в
по вь1ходу (ДТЛ{ГТЛ)
Ток потребления
3
5
мА
1246 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
6.3 .1 . Работа с интегральными компараторами
Одна из основных проблем, связанных с компараторами, заключается в их склон
ности к самовозбуждению. В этом разделе приводятся рекомендации, позволяю
щие избежать самовозбуждения и ряда друrих негативных явлений, характерных
для этих устройств.
Рекомендуется как можно дальше друr от друга разводить выходной и баланс
ный выводы микросхемы (такие, как 5, 6 и 7 - см. рис. 6 .38) с целью предотвра
тить их непосредственное взаимодействие. В том случае, если балансировка не
используется (рис. 6.37), нужно соединить балансные выводы между собой. Если
использование балансных выводов необходимо, то для снижения вероятности са
мовозбуждения следует попытаться подключить между ними конденсатор емкос
тью 0,1 мкФ. Как правило, в компараторах на ИС развязывающий конденсатор не
требуется. Если же его использование связано с необходимостью сглаживания
больших пиков напряжения в источнике питания при изменении состояния ком
паратора, нужно соединения между ИС и развязывающим конденсатором сделать
как можно короче.
----------------~v· -av
ЭnevpoмantКntЬIЙ
датчик
Рис.6.38
Детектор пересечения нулевоrо уровня для
электромагнитноrо датчика
При внутреннем сопротивлении источника питания сигнала от 1 до 10 кОм
импедансы (как емкостная, так и активная составляющие) на обоих входах долж
ны быть равны. Равенство импедансов приводит к подавлению паразитной обрат
ной связи и тем самым к предотвращению самовозбуждения. Следует также исполь
зовать положительную обратную связь для увеличения гистерезиса, как показано
на рис. 6.39 и 6 .40.
При низком импедансе источников входных сигналов нужно включать после
довательно со входами компаратора дополнительные (развязывающие) резисторы.
Резисторы ограничивают пиковые токи и особенно важны при случайном под
ключении входов к источнику с высоким напряжением. Использование источни
ка с низким импедансом не вызывает проблем в том случае, если его выходное на
пряжение не превышает отрицательное напряжение источника питания. Однако,
поскольку при отключении питания напряжение на соответствующих выводах ком
паратора спадает до нуля, могут понадобиться дополнительные меры по защите И С.
Асмещ.
Зl<Q
Анаrр.
100Ш
u"
5u.10
Рис. 6.39 . Инвертирующий компаратор с гистерезисом
R2
IMQ
Асмещ.
Зl<Q
R2
Rнarp.
U.• Uопорм
RI
Рис. 6.40. Неинвертирующий компаратор с гистерезисом
КОМПАРАТОРЫ l247 I
15
Конденсаторы большой емкости (более 0,1 мкФ), подключенные ко входам ком
паратора, снижают импеданс источников сигнала, и в таком случае, как уже было
отмечено, нужно использовать развязывающие резисторы. При этом время разря
да конденсаторов может существенно превышать время спада питающих напря
жений при их резком отключении.
Следует избеrать переполюсовки питания компараторов (как, впрочем, и любых
других интеrральных микросхем). Как правило, обратное напряжение более 1 В из-за
больших значений тока может привести к расплавлению алюминиевых соедини
тельных дорожек микросхемы. Во избежание этого используйте оrраничительные
диоды, выдерживающие пиковые токи, которые могут возникать в цепях питания.
Не допускается работа интеrральноrо компаратора, если его общий вывод на
ходится под напряжением, превышающим напряжение питания. Выходное напря
жение компаратора (например, 50 В) создает определенную разность потенциалов
между выходным выводом и выводом напряжения питания. Следовательно, если
компаратор работает от отрицательного напряжения питания (рис. 6.37), макси
мальное выходное напряжение должно быть снижено до величины, равной или
меньшей напряжения питания отрицательной полярности.
6.3 .2 . Проверка компараторов
Проверка любой схемы с компаратором заключается в изменении входного сигна
ла и проверке последующего за этим изменением выходного сигнала. Например,
1248 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
в схеме, показанной на рис. 6.37, состояние выхода компаратора должно изменить
ся в тот момент, когда ток фотодиода D1 достигнет значения 1 мкА. Для контроля
следует закрыть от света фотодиод D1, измерить напряжение на выводе 7, а затем
осветить фотодиод. Как правило, при этом напряжение на выходе будет переклю
чаться от нулевого уровня до уровня, близкого к -1 О В.
В схемах на рис. 6.39 и 6.40 следует проверять выходное напряжение на нагрузке
Rнarp при изменении входного напряжения выше и ниже значения Uопорн (в при
мере использовано значение 7,5 В). Как правило, выходное напряжение меняет
ся скачком в диапазоне от нуля до примерно 15 В. Для схемы, приведенной на
рис. 6.39, напряжение на выходе изменится до 15 В при снижении входного на
пряжения до 5 В и упадет до нуля, когда входное напряжение возрастет до 10 В.
Противоположный характер изменений будет наблюдаться для схемы на рис. 6.40.
В схеме на рис. 6.41 приложение изменяемого напряжения к выводу U вх вызо
вет либо включение лампы L1, либо ее выключение (в зависимости от величины
напряжения). Если значение Uвх больше Uлили меньше Uв• лампа будет выклю
чена. Она будет включена только тогда, когда Uвх меньше UА' но больше Uв. Ди
апазон напряжений, при которых лампа остается включенной, зависит от соотно
шения сопротивлений резисторов R1, R2 и RЗ.
Uвх.
LI
12Ell
Рис.6.41
Двухкомпараторная схема доnусковоrо контрсiля
напряжения с ламповым индикатором
В схеме на рис. 6.42 на вход подают синусоидальный сигнал и наблюдают на
выходе меандр с той же самой частотой. Амплитуда меандра определяется соотно
шением сопротивления резистора смещения Rсмещ и сопротивлений делителя об
ратной связи R5/R6.
б.З.З. Определение неисправностей в схемах компараторов
Первым шагом при определении неисправностей в схемах компараторов явля
ется проверка соответствия изменения выходного напряжения требуемому по
•"се - 1511
КОМПАРАТОРЫ 1249 I
Рис.6.42
Детектор пересечения нуля для
преобразования синусоидального
сигнала в прямоугольный
техническим условиям изменению входного напряжения. При отсутствии тако
го соответствия необходимо настроить рабочие параметры схемы согласно ее
описанию.
Если проблема не решается при помощи подстроечных процедур (либо они не
nредусмотрены в данной схеме), нужно с помощью измерительного прибора или
0<·циллографа проследить прохождение сигнала от входа (обычно задается опре
.1еденный уровень напряжения) до выхода (наблюдаются, как правило, либо скач
кообразные изменения уровня выходного напряжения, либо сигнал в виде меанд
ра или импульса прямоугольной формы). Произведите измерения напряжений
и/или сопротивлений в каждой точке исследуемой схемы.
Если в схеме на рис. 6.37 состояние выхода не изменяется при периодическом
освещении фотодиода D1 и его затемнении, необходимо проверить наличие изме
нений напряжения на выводе 2 ИС LM111. Хотя они будут незначительными
(фототок D1 равен примерно 1 мкА), их все же можно зафиксировать. При отсут
ствии изменений напряжения на выводе 2 ИС LM111 причина неисправности зак-
1ючается в фотодиоде 01. Если же изменения зафиксированы на выводе 2, но
отсутствуют на выводе 7, несправна микросхема LM111.
В схемах на рис. 6.39 и 6.40 необходимо проверить наличие скачкообразного
изменения выходного напряжения от нулевого уровня до приблизительно 15 В
при изменении входного напряжения от 5 до 1О В. Схемы срабатывают при проти
воположных направлениях изменения входного напряжения (схема на рис. 6.39 -
инвертирующая, а на рис. 6.40 - неинвертирующая), что и показано стрелками на
петлях гистерезиса. Если на выходе ИС не наблюдается изменений при заданных
изменениях входного сигнала, проблема связана с ИС LM139 (естественно, если
не считать случая, когда схема подключена неверно и поэтому не дает ожидаемого
результата).
Если в схеме на рис. 6.41 лампа L1 остается постоянно включенной или выклю
ченной при значениях входного напряжения U вх выше и ниже пороговых уров
ней U ли Uв, необходимо проверить наличие изменений на базе транзистора Q1.
Если они наблюдаются, но состояние лампы не меняется, неисправность, скорее
всего, связана с транзистором Q1.
12so 1 ОПЕРАЦИОННЬIЕ УСИЛИТЕЛИ и КОМПАРАТОРЫ
Например, при снижении напряжения на базе Q1 до нуля лампа должна погас
нуть, и наоборот. Если же она постоянно выключена, проблема может быть связа
на с исправностью самой лампы (хотя это первое, что необходимо проверить).
Следует помнить, что значение напряжения, при котором происходит включение
лампы, задается резисторами R1, R2 и RЗ. При условии, что Vсе равно 10 В, а со
противления R1, R2 и R3 равны между собой, лампа L1 выключится, если Uвх бу
дет выше 6,6 В или ниже 3,3 В. Она остается включенной, коrда U вх больше 3,3 В,
но меньше 6,6 В.
В схеме на рис. 6.42 в случае отсутствия на выходе меандра при синусоидаль
ном входном сигнале следует предположить неисправность И С LM 139 (при усло
вии правильного подключения ИС и правильном выборе значений сопротивле
ний). Еще одной причиной может стать большой ток утечки (пробой) диода 01,
при котором входной сигнал не поступает на LM139. Уровень напряжения поряд
ка 700 мВ в точке соединения резисторов R1 и R2 указывает на то, что, скорее
всеrо, диод D 1 исправен.
Надо помнить, что нулевой уровень срабатывания устанавливается значени
ями сопротивлений R4 и RS. При R1 + R2 - R5 напряжение V1 - V2 в том
случае, когда Uвх =О. Выходной сигнал будет скачкообразно переключаться
из одного состояния в другое в те моменты, когда входной синусоидальный
сигнал пересекает нулевой уровень. Для указанных на схеме номиналов резис
торов напряжение на обоих входах LM139 при отсутствии входноrо сигнала
равно примерно 1,5 В.
б.3.4. Проблемы быстродействия компараторов
Достаточно сложной проблемой при анализе работоспособности компаратора яв
ляется ситуация, когда схема работает, но время срабатывания слишком велико.
Трудно решить, связана ли проблема с одним из элементов схемы или же с са
мим интегральным компаратором. Схема проверки и временные диаграммы,
представленные на рис. 6.43, помогут в решении этого вопроса. Следует отме
тить, что в схеме не используются внешние элементы (за исключением наrрузки
с сопротивлением 5, 1 кОм). Выходной сигнал регистрируется на осциллографе. На
вход схемы подается сигнал от импульсного генератора (время нарастания фронта
импульса генератора должно быть меньше, чем ожидаемое время срабатывания
компаратора). Диаграммы на рис. 6.43 показывают реакцию схемы как на положи
тельный, так и на отрицательный импульсы. Нужно иметь в виду, что время сра
батывания возрастает для более низких входных напряжений, следовательно, про
верка должна проводиться с теми же самыми значениями импульсных напряжений,
которые используются в реальной схеме. Если собственное время срабатывания
интегрального компаратора укладывается в заданный интервал (при проверке без
внешних элементов), то проблема локализована. Если же время срабатывания дан
ной ИС слишком велико, необходимо заменить ее более быстродействующей схе
мой, например компаратором RM4805, изображенным на рис. 6.44 .
ПРИМЕНЕНИЕОУИКОМПАРАТОРОВ 1251 j
а)
8.0
6.0
~ 4.0
~ 3.0
:::>
2.0
1.0
о
~~
~о
l';i ·50
:::> ·100
бJ
8.0
6.0
CD 4.0
J 3.0
2.0
1.0
о
81 100
l'i 50
~'7
:::>
о
100мВ
о
~
о
1 1 1-увх.=5,0 мВ
-
-i
i
0.6
-20мВ
'
1.0
Время, мкс
. ... uвх.= 100 мВ
~jj
у120мВ
11
11
,,
0.5
1.0
Время, мкс
1.5
j
1
1
/ 5мВ
,
1.&
+SB
Uвх.
~~
2.0
+58
Uвх.
~
2.0
Рис. 6.43. Принципиальная схема проверки времени срабатывания и временные диаграммы выходных
сигналов для ИС малого быстродейавия: а) зависимость времени срабатывания ат амплитуды входного
сигнала положительной полярности (напряжение входнаrо сигнала составляет 5, 20 и 100 мВ; темпера
тура окружающей среды равна 25 "С); б) зависимость времени срабатывания от амплитуды входного
сигнала отрицательной полярности !напряжение входного сигнала составляет 5, 20 и 100 мВ; темпера
тура окружающей среды равна 25 ·с)
6.4. Применение ОУ и компараторов
6.4.1. Малошумящий измерительный усилитель
На рис. 6.45 приведена схема малошумящего измерительного усилителя, в которой
использованы оба ОУ интеrралыюй схемы МАХ412. Спектральная плотность шума
на входе не превышает 2,4 нВ/Гц1/2 на частоте 1 кГц. Размах выходного сиmала со
ставляет 7,3 В на нагрузке 2 кОм при напряжении питания ±5 В. Ток питания -
2,5 мА на каждый усилитель, ширина полосы пропускания при единичном усиле
нии - 28 МГц, максимальная скорость нарастания выходного наnряжения - 4,5 В/мс,
j2s2 j ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Uвых.• В
а)
11
,__
Вых. сиrнап-
46)
Bx.'cиnWi
\.
1-. -
"
r
\
1""" .!'.f'i - -
"
1
1
,
\
,
"
.
)
111
,
,
1
-
~х сигнал
•
1
•
5w;,/мл.
в)
Щупсвходоw
г)
Внуq~еннее
на полевом
Uвх.
сопротивление
~~
r~opa
11
Вых сигнал
'
'
'
'-
.1\~~
,_ v,.. "\. и
......
л
/
,.....
5w;/мл.
\
л
'
\
Uвых.• в
4
1
:\
\
о
Рис. 6.44. Схема проверки времени срабатывания и осциллограммы сигналов для ИС высокого
быстродействия: а) время срабатывания при поступлении на вход схемы положительноrо
перепада напряжения; б) время срабатывания при поступлении на вход схемы отрицательного
перепада напряжения; в) принципиальная схема проверки времени срабатывания {быстродей~
ствия); r) осциллограммы входного и выходного сигналов при частоте входного синусоидального
колебания 25 МГц; д) осциллограммы входного и выходноrо сигналов при частоте входного
синусоидальноrо колебания 50 МГц
Примечание к рис. Цифрами иа графике обозначена величииа амплитуды входного сшнала: 1- 50 мВ,
2- 5мВ,3- 1,2мВ(рис.6.44а,б).
максимальное напряжение смещения - 250 мкВ, а минимальное усиление по напря·
жению - 115 дБ. ( ~мaxim High-Reliability Data Book~, 1993, р. 3-9.)
6.4.2 . Инвертирующий усилитель
На рис. 6.46а приведена интегральная микросхема МАХ420 (со стабилизацией
прерыванием), включенная по схеме инвертирующего усилителя, а на рис. 6.466
представлено расположение выводов. Максимальное напряжение смещения
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ и КОМПАРАТОРОВ 12sз 1
1k"
42.21с
Рис. 6.45. Малошумящий измерительный усилитель
Примечание к рис. Эле.:м.е11ты схемы, отмеченные одной и двумя звездочками, предназНllчены соот
ветственио для подстройки усиления и коэффициента ослабления синфазноlо cumшia. ИС вьтолне
Нll в 11.11оском корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-кopnyc) или мш~Оlабарu.тиом кор
пусе (SО-корпус). Расположение выводов микросхемы приведено для вида сверху.
а)
б)
Рис. 6.46. Инвертирующий усилитель (а); расположение выводов микросхемы МАХ420/422,
вид сверху (6)
составляет 5 мкВ; входные напряжения находятся в пределах +12 ... - 15 В при
напряжении питания ±15 В; уровень входных шумов в диапазоне от постоян
ного тока до 1 Гц равен 0,3 мкВ (размах по напряжению); значения коэффици
ента усиления, коэффициента ослабления синфазного сигнала и коэффициента
ослабления влияния изменения напряжения питания равны 120 дБ. Максималь
ный ток потребления - 0,5 мА, а входной ток смещения - 30 пА. ( ~мaxim High-
Reliability Data Book~, 1993, р. 3-11.)
6.4.3 . 8-канальный мультиплексор видеосигналов для работы на кабель
На рис. 6.47 показано расположение выводов и приведен пример включения ИС
МАХ440 (мультиnлексор/усилитель) в схему мультиплексирования восьми каналов
видеосигнала на один кабель. Ширина полосы пропускания при единичном уси
лении равна 160 МГц, при усилении 6 дБ - 110 МГц; время переключения между
1254 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
INO1•
LEVEL.EDGE 1
пEN
IN1 1 ..мАХ1А4 а КJ
GND • МАХNo
At
IN2
NJ
V+
LATCH
1S
13
11
9
7
s
з
IN7
1Н6
м
IN4
1НЗ
IN2
IN1
\No
Рис. 6.47. В-канальный мультиnлексор видеосиrналов для работы на кабель
Примечанш "рис. Расположение Вьtводов микросхемы приведено для вида сверху. Вывод N.C . не
имеет внутренних соединений. ИС Вьtполнена в плоском корпусе с двухрядным расположением вы
водов (DIP-кopnyc) или малоzабаритно.м корпусе (SО-корпус).
каналами - 15 нс; максимальная скорость нарастания выходного напряжения -
370 В/мкс; входная емкость при включении/выключении - 4 пФ. ( «Maxim New
Releases Data Book•, 1993, р. 3-15.)
6.4.4. 2-канальный мультиплексор видеосигналов для работы на кабель
На рис. 6.48 приведен пример включения ИС МАХ442 (мультиплексор/усили
тель) в схему мультиплексирования двух каналов видеосигнала на один кабель.
Ширина полосы пропускания при единичном усилении - 140 МГц; время пе
реключения между каналами - 36 нс; максимальная скорость нарастания вы
ходного напряжения - 250 В/мкс. ( «Maxim New Releases Data Book•, 1993,
р. 3-17.)
6.4 .5 . Усилитель для работы на кабель
с минимальными фазовыми искажениями
На рис. 6.49 приведена схема, исполЬ3ование которой обеспечивает минималь
ные фазовые искажения при подключении ИС, изображенных на рис. 6.47 и 6.48.
( «Maxim New Releases Data Book•, 1993, р. 3-20.)
6.4 .6 . Двухполупериодный выпрямитель на одном ОУ
На рис. 6.50 приведен пример использования ИС МАХ480 в качестве двухполу
периодного выпрямителя. Максимальный дрейф входного напряжения смещения
•
..NIAXIAt
МАХ442
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ J255 I
+5V
0.1JlfJ
.A 4 AXl.A4 V+
МАХ442
GND
V-
Выбор~
канала
-5V
Рис. 6.48. 2-канальный мультиллексор видеосиг~алов для работы на кабель
~~~~~~~~~~~~~~~~~~-
Приме11ание к рис. Расположение выводов микросхемы приведено для вида сверху. ИС выполнена
в плоском корпусе с двухрядным расположение.w выводов (D/Р-корпус) ши малоzабаритном корпусе
(SО-корпус).
нуля составляет 1,5 мкВ/0 С; максимальный ток потребления - 20 мкА; мини
мальный ток нагрузки - 5 мА; максимальное значение входного напряжения
смещения - 70 мкВ; максимальный входной ток смещения - 3 нА; минимальное
усиление с разомкнутой обратной связью - 700 В/мВ. ( 4Maxim New Releases
Data Book~, 1993, р. 3-23.)
Рис. 6.49. Усилитель для работы на кабель с минимальными фазовыми искажениями
Примечание к рис. Компоненты схемы, отмеченные звездочкой, должнЬl подбираться для ком
пенсации паразитной входной емкости.
1256 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
R2
10k0
V• (5VI
Рис. 6.50. Двухполупериодный выпрямитель на одном ОУ
Примечание к рис. ИС МАХ480 выполнена в rиюскам корпусе с двухрядным расположением выводов
(DIP-юpnyc), вид сверху.
6.4.7. Однополупериодный выпрямитель
На рис. 6.51 показано расположение выводов и приведен пример включения ИС
МАХ402/ОЗ в качестве однополупериодного выпрямителя. ИС МАХ402 имеет
максимальную скорость нарастания выходного напряжения 5 В/мкс, ширину по
лосы пропускания 1,4 МГц и ток потребления 75 мкА. ИС МАХ403 имеет макси
мальную скорость нарастания выходного напряжения 25 В/мкс, ширину полосы
пропускания 7 МГц, ток потребления 375 мкА. Оба ОУ имеют стабильные харак
теристики при единичном усилении, могут питаться от напряжения в диапазоне
±З... ±5 В либо от однополярного источника питания в диапазоне напряжений
+6... +10 В. На рис. 6.52 показана схема балансировки нуля. ( ~мaxim New Releases
Data Book•, 1992, р.р. 3-15, 3-21 .)
f \JL__
IN914
IN914
Рис.6.51. Однополуnериодный выпрямитеnь
Примечание к рис. ИС выполнена в моском юрпусе с двухрядным расположением выводов (DIР
корпус) или .малоzабаритном корпусе (SО-корпус).
6.4.8. Сверхбыстродействующий компаратор
с ЭСЛ выходом и управляемым режимом выборки-хранения
На рис. 6.53 приведена ИС МАХ9687, используемая в качестве быстродействую
щего (600 МГц) выходного компаратора с режимом выборки-хранения. Входы
..МАХIА4
МАХ402
МАХ403
v.
v-
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ l257 j
Рис.6.52
Схема балансировки нуля
Примечание к рис. Для интегральной микросхемы МАХ402 со·
противление резистора R - = 10 кОм, для МАХ40З - R = 2 кОм.
разрешения выборки-хранения могут управляться от стандартной логической схе
мы с эмиттерными связями. Если на входе LE присутствует сигнал высокого уров
ня, а на инверсном входе LE- низкого уровня, то компаратор работает в обычном
режиме. Когда же на входе LE присутствует сигнал низкого уровня, а на LE -
высокого, выходы компаратора устанавливаются в логические состояния, опреде
ляемые условиями на входе на момент переключения в режим хранения. Если
функция выборки-хранения не используется, вход LE следует заземлить, а вход
LE оставить неподключенным. Задержка прохождения сигнала переключения -
1,4 нс; время запоминания - 0,5 нс; длительность импульса разрешения выборки
хранения - 2,0 нс; напряжения источников питания - +5 В и -5,2 В. ( ~мaxim New
Releases Data Book•, 1993, р. 3-39.)
6.4.9. Компаратор с ЭСЛ выходом
Схема, представленная на рис. 6.54, по своим функциям аналогична приведенной
на рис. 6.53, но в ней отсутствует режим хранения. Задержка времени прохожде
ния сигнала составляет 1,3 нс. ( ~мaxim New Releases Data Book•, 1993, р. 3-41 .)
Немнвертмру~ощиil
вход
~ !!ьооА ~ ВыхQА
LE cr
"'т
'--""'
Разрешение
выборки-хранения
Неинверrмрующмil
вход
~
Разрешение
выборки-хранения
В11дсверху
OOulput
iS°Oulpul 2
lnverting lnpul 7
Noninverting в
lnput
Lalch En.Ьlt
,~..
,
lnverting lnput
D Noninverting
lnput
Рис. 6.53. Сверхбыстродействующий компаратор с ЭСЛ выходом и управляемым режимом
выборки-хранения
Примечание к рис. Вы.ходами ИС являются открЪlтЫе эмиттерьt, к которым должны подключать
ся внешние токозадающие резисторы. Сопротивление резисторов варьируется от 50 до 200 Ом при
подключении к напряжению -2,0 Вши от 240 Ом до 2 кОм при подключении к напряжению -5,2 В.
Расположение выводов интеzралыюй микросхемы приведено для вида сверху.
9 Зак. 733
l2sa I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ и КОМПАРАТОРЫ
~о---
вход
Инвертиру!ОЩИЙо---
вход
Vr
Рис. 6.54. Компаратор с ЭСЛ входом
Приме11ание к рис. Выходами ИС являются открытые эмиттеры, к которым должны под
КЛЮ1lаться внешние токозадающие резисторы. Сопротивление резисторов варьируется от 50 до 200 Ом
при подключении к напряжению -2,0 В или от 240 Ом до 2 кОм при подключении к напряжению
-5.2в.
6.4 .10. Широкополосный быстродействующий ОУ с мулыимексным входом
На рис. 6.55 приведен пример использования ИС ВВ3554/МХ3554 совместно
с И С МАХЗ 1О для передачи восьми каналов видеосигнала по одному кабелю. Ско
рость нарастания выходного сигнала ОУ составляет 1ООО В/мкс; выходной ток ОУ
достигает значения 100 мА при напряжениях питания ±10 В. (•Maxim New Re-
leases Data Book•, 1993, р. 3-43.)
.NIAXl.NI
МАХ310
<Э 11
еа
е
VIDEO
а мих
е
а.
е
IUf
11
е
l1Л
11
е
17
':'
v-
v+
nол
G11
-:
7511
":"
Рис. 6.55 . Широкополосный быстродействующий ОУ с мультиплексным входом
Примечание к рис. Нет никаких внутренних соединений с корпусам; расположение выводов микро
схемы приведено для вида сверху.
6.4 .11. Малошумящий быстродействующий измерительный усилитель
Схема, приведенная на рис. 6.56, аналогична представленной на рис. 6.45, за ис
ключением характеристик ОУ. Для ИС LT1028 спектральная плотность шума на
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ f259 I
частоте 1 кГц не превышает 1,1 нВ/Гц 1/2 (типичное значение 0,85 нВ/Гц 1/2 ), ти
пичное значение на частоте 10 Гц - 1,0 нВ/Гц 1/2 и типичное значение размаха
напряжения шума в диапазоне частот от 0,1 Гц до 10 Гц не превышает 35 нВ.
Минимальное значение произведения полосы пропускания на усиление состав
ляет 50 МГц; максимальная скорость нарастания выходного сигнала - не ме
нее 10 В/мкс; максимальное напряжение смещения нуля- 40 мкВ; максимальный
дрейф напряжения смещения - 0,8 В/0С. Минимальное значение коэффициента
усиления по напряжению - 7 млн (7Х106). ( •Maxim New Releases Data Book~,
1993, р. 3-59.)
422'01%
•
Рис. 6.56. Малошумящий быстроАейавующий М3мерительный усилитель но АВух ОУ
Примечание "рис. Частота настройки максимума коэффициеита оСАабления синфазного сигнала -
100 Гц. Элементы сrемьt, помеченные одной и двумя звездочками, используются соответственно для
подстройки усшения и коэффициента оС!lабления синфазного сиzнала. Расположение выводов мик
росхемы приведено для вида сверху. ИС выполнена в плоском корпусе с двухрядным расположением
восьми выводов (DIP-кopnyc) ши малогабаритном корпусе (SО-корпус).
6.4.12. Малошумящий микрофонный предусилитель
На рис. 6.57 представлена ИС ОР27, используемая в качестве малошумящего
микрофонного предусилителя. Входной уровень шума на частоте 1 кГц равен
3 нВ/(Гц) 112. ИС ОР27 имеет произведение усиления на ширину полосы пропус
кания 8 МГц и максимальную скорость нарастания выходного сигнала 2,8 В/мкс.
Для ИС ОР37 произведение усиления на ширину полосы пропускания составля
ет 63 МГц, скорость нарастания выходного напряжения - 17 В/мкс. Входное на
пряжение смещения нуля - 1О мкВ, а его дрейф - 0,2 мкВ/0 С; размах выходного
сигнала равен ±10 В на нагрузке 600 Ом. ( •Maxim New Releases Data Book•, 1993,
р. 3-67.)
б.4.13. Двухполупериодный выпрямитель на одном ОУ
На рис. 6.58 изображена схема включения интегральной микросхемы ОР90 в каче
стве двухполупериодного выпрямителя. Она аналоrична приведенной на рис. 6.50,
только для ОР90 максимальное значение входного напряжения смещения нуля со
ставляет 150 мкВ, что превышает соответствующий параметр для интегральной
1260 1 ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
R3
31&
~ 10QQ
R4
31&
Рис. 6.57 . Малошумящий микрофонный лредусилитель
Примечание к рис. Расположение выводов микросхемы приведено для вида сверху. ИС выполнеиа
в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (D/Р-корпус) или малоzабаритном корпусе
(SО-корпус). На вход 2 подкл~еи микрофон с низким импедансом, внутреннее сопротивление ис
точника сигнала. подк.люченноzо ко входу З. должно находиться в пределах 50-200 Ом; для сопро·
тивлений (R1 - R4) должно выполняться соотношение Ю / R1 - R4 / R2.
v+(SV)
Рис. 6.58. Двухnолулериодный выпрямитель на одном ОУ
Примечание к рис. Расположение выводов микросхемы приведено для вида сверху. ИС выполнена
в плоском корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP/CERDIP-кopnyc) или малоzабарит
ном корпусе (SО-корпус).
микросхемы МАХ480 (70 мкВ). Входной ток смещения, входной ток сдвига и пока
затели дрейфа ИС ОР90 имеют более высокие значения по сравнению с характери
стиками ИС МАХ480. ( •Maxim New Releases Data Book•, 1993, р. 3-69 .)
б.4.14. Выносной датчик измерителя рН со встроенным усилителем
На рис. 6.59 приведена схема совместного использования ИС МАХ406 и аналого
цифрового преобразователя (АЦП) МАХ131 в приборе для измерения уровня рН
(кислотности). Применение встроенного усилителя в датчике рН позволяет заме
нить дорогостоящий коаксиальный кабель с малыми потерями (который часто
включают между выносным датчиком рН и измерительным блоком) обычным
ПРИМЕНЕНИЕОУИКОМПАРАТОРОВ J261 j
-----------------------.
.----+----.. 1
зо tl
Рис. 6.59. Выносной датчик измерителя рН со встроенным усилителем
O.lpf
МАХ1А4
IМХ131
lllOt
Примечание к рис. Все элементы встроенного усщите.ля, включая литиевую батарейку напряже
нием З В типа Duracell # DL 1620, расположены в вьтосном корпусе вместе с датчиком р// фирмы
CORNING 476540.
экранированным проводом. И С МАХ406 вместе с литиевой батарейкой размеще
на в корпусе выносного датчика. Его усиленный сигнал передается в измеритель
ный прибор, содержащий АЦП, с помощью обычного экранированного провода.
В большинстве случаев одной литиевой батарейки напряжением 3 В с избытком
хватает на весь срок службы прибора. На рис. 6.60 приведена схема настройки вход
ного напряжения смещения нуля, на рис. 6.61 - схема частотной коррекции, а на
рис. 6.62 - расположение выводов ИС МАХ406. Следует отметить, что частот
ная коррекция может понадобиться не во всех случаях применения данной схе
:мы. ( ~мaxim New Releases Data Book~, 1993, р.р. 3-5, 3-28, 3-29.)
У+
10СЮ
V-
Рис. 6.60. Схема
nодстройки напряжения
смещения дпя MP:J..406/409
A4AXIA4
МАХ.Q;
МАХ401
ШХ4О9
МАХ411
МАХ418
МАХ419
R2
У+
Рис. 6.61 . Схема частотной коррекции
Рис. 6.62. Расположение
выводов ИС МАХ406
Примечание к рис.
ИС выполиена в плоском
корпусе с двухрядиым
расположением выводов
(D/Р-корпус) или
малогабаритном корпусе
(SО-корпус).
(262 f ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
6.4 .15. 4-канальная схема выборки-хранения
На рис. 6.63 приведена схема, в которой две ИС МАХ407 совместно с ИС МАХ327
образуют четырехканальную схему выборки-хранения. Расположение выводов ИС
МАХ407 такое же, как на рис. 6.62. ( ~мaxim New Releases Data Book•, 1993, р. 3-30 .)
.w
13
У+
1С3 ... 1No
",
у. Gfl)
•
•
111"
~--_.
Рис. 6.63 . Четырехканальная схема выбарки-хранени~
Примечание к рис. Типовое значеиие скорости спада напряжения при 25· С равно 50 мкВ/с. Типовое
значение тока потребления при уровнях напряжения на логических входах от О до +9 В составл.яет
6 мкА. Все конденсаторы емкостью 0,01 мкФ имеют полипропшеновый диэлектрик.
6.4.16. Усилитель выносного датчика напряжение-ток
с дистанционным питанием
На рис. 6.64 приведена схема простого двухпроводного подключения выносного
датчика, питание на который подается непосредственно по сигнальным проводам.
В датчике входное напряжение от нуля до 1 В управляет как ИС, так и n-p -n тран
зистором, который включен по схеме управляемого напряжением источника тока.
Выходной ток, изменяющийся от нуля до 2 мА, по линии передачи, состоящей из
витой пары проводов, поступает на приемный блок, в котором создает падение
напряжения на измерительном резисторе R2. Результирующее напряжение усили
вается второй ИС МАХ406, на выходе которой вырабатывается сиmал относительно
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ 1263 \
~землиJ?, изменяющийся от нуля до 1 В. Значения сопротивлений R1 и R2 долж
ны быть тщательно подобраны. Питающий ток ИС МАХ406 складывается с то
ком сигнала, имеющим значение от нуля до 2 мА, создавая на выходе напряжение
смещения величиной 500 мкВ. Это напряжение смещения, добавленное к входно
му напряжению смещения ИС МАХ406, меняется при изменении температуры.
(~Maxim New Releases Data Book•, 1994, р. 3-29.)
ИэмерАеUОе
нanpaei.te
от0до1V
R2
5000
•
Рис. 6.64. Усилитель выносного датчика с дистанционным питанием
6.4.17. Источник отрицательного опорного напряжения -2,5 В
На рис. 6.65 приведена схема источника прецизионного опорного напряжения
- 2,5 В, собранного без использования внешних компонентов на базе ОУ МАХ406,
и интегрального источника напряжения с малым внутренним сопротивлением
МАХ872. В типичных ситуациях ИС МАХ872 требует использования двух внеш
них резисторов. Максимальный ток потребления составляет 11 мкА. Источник
выдает напряжение, практически не зависящее от нагрузки, не требует никакой
коррекции в случае ее емкостного характера и не нуждается в каких·либо элемен
тах для точной подстройки выходного напряжения. Напряжение питания поло
жительной полярности может быть снижено до 1,1 В, а напряжения питания отри
цательной полярности - до 2,7 В. ( •Maxim New Releases Data Book•, 1994, р. 3-31.)
Посr. напрgенме +1,5 8
---+-----41Vour
~----- Uвых. "" - 2.5 8
Пост. НCIJ1)AЖetlиe -З.О В
Рис.6.65
Источник отрицательного опорного напряжения -2,5 В
Примечание к рис. Общий .максимальный ток по
требления не превышает 11 мкА.
f 264 f ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
6.4 .18. Повторитель напряжения для емкостной нагрузки до 100 пФ
На рис. 6.66 показана принципиальная схема повторителя напряжения, работа
ющего на емкостную нагрузку. На рис. 6.67 представлены осциллограммы вход
ного и выходного сигналов. Расположение выводов микросхемы МАХ412 см. на
рис. 6.45. Данную схему лучше всего применять с емкостной нагрузкой до 100 пФ.
( .мaxim New Releases Data Book•, 1994, р. 3-41.)
.мAXIAI
499'1
МАХ410/МАХ412/
МАХ414
>-------о Uвых.
I 100pf
18
Вх.смпел
.
г
\
1
\
Вых.смnfЗЛ
1в
1 Mr#NoJ. '
Рис.6.66
Повторитель напряжения для емкостной нагрузки (до
IOOnФJ
Рис.6.67
Формы сигналов в схеме повторитепя
напряжения
При.мечониг к рис. Напряжение питания со
ставляет ±5 В; осциллограммы сняты при
температуре окружающей среды 25 ·с.
6.4.19. Повторитель напряжения для емкостной нагрузки свыше 100 пФ
На рис. 6.68 приведена принципиальная схема повторителя напряжения для емко
стной нагрузки свыше 100 пФ. На рис. 6.69 показаны осциллограммы входного
и выходного сиmалов (расположение выводов микросхемы МАХ412 см. на рис. 6.45).
Резистор R1 отделяет емкость нагрузки от выхода усилителя с целью предотвра
щения самовозбуждения. ( ~мaxim New Releases Data Book•, 1994, р. 3-41.)
JИАХUИ
МАХ470/МАХ412/
МАХ414
~ CL>100pF
Рис. 6.68 . Повторитель напряжения для
емкостной нагрузки (свыше 100 пФ)
Вх. СИ111аЛ
-
Вых. СИ111аЛ
1
\
1
\
Рис. 6.69. Формы сигналов в схеме
повторителя напряжения
\,
Примечание " рис. Напряжеиие питания
составляет ±5 В; осциллограммы сняты
при температуре окружающей среды 25 °С.
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ 12651
6.4.20. Повторитель напряжения повышенной точности
На рис. 6.70 приведена схема повторителя напряжения повышенной точносm для ем
косnюй нагрузки ОД1 мкФ; расположение выводов ИС МАХ412 показано на рис. 6.45.
Цепь обратной связи, в которую входит развязывающий резистор R1, повышает точ
ность и расширяет диапазон емкости подключаемой нагрузки. При емкостной на
грузке более 0,01 мкФ необходимо увеличить емкость CF. На рис. 6.71 представлена
схема подсrройки смещения нуля, которую можно использовать в схемах, изобра
женных на рис. 6.66, 6.68 и 6.70. ( ~Maxim New Releases Data Book~, 1994, р. 3-42 .)
Uвх.
-=
10k
.мАХ1А11
МАХ410/МАХ412/
МАХ414
ICt
-= 0.01, .F
Рис. 6.70. Повторитель напряжения повыше1-1ной
точности
10k
1 NULL
NULL 8
V+1-----'
А1АХ1А4
МАХ410
Рис. 6.71. Схема
реrулировки смещения нуля
ИС МАХ410
6.4 .21. Малошумящий прецизионный дифференциальный усилитель
с высоким коэффициентом усиления
На рис. 6.72 приведен вариант использования ИС МАХ427 в качестве дифферен
циального усилителя. Спектральная плотносrь шума в широкой полосе частот состав
ляет 2,5 нВ/Гц 112, напряжение смещеЮIЯ нуля - менее 15 мкВ (типичное значение -
1М
Uвых.
_Рис. 6.72. Прецизионный малошумящий дифференциальный усили_т_е_ль
___________
Примечание" рис. Расположение выводов микросхемы (вид сверху). ИС выполнена в плоском ме
mаJUtическом корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-кopnyc) или малоzа6аритном кор
пусе (SО-корпус).
1266) ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИJ1ИТЕnИ И КОМПАРАТОРЫ
5 мкВ), а дрейф нуля - менее 0,8 мкВ/
0
С (типичное значение - 0,1 мкВ/0С). Ко
эффициент усиления по напряжению - 20 млн при нагрузке 2 кОм и выходном
напряжении ±12 В и 12 млн при нагрузке 600 Ом и выходном напряжении ±10 В.
ИС МАХ427 стабильна при единичном усилении; произведение коэффициента
усиления на ширину полосы пропускания - 8 МГц, а скорость нарастания вы
ходного напряжения - 2,5 В/мкс. И С МАХ437 без частотной коррекции имеет
произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания 60 МГц,
скорость нарастания выходного сигнала 15 В/мкс и сохраняет стабильность
с подключенной цепью обратной связи при коэффициенте усиления не менее
5. Обе ИС могут питаться от источника двухполярного напряжения ±5 В. На
рис. 6. 73 и 6. 74 представлены схемы измерения напряжения и тока шума. На
рис. 6. 75 и 6.76 показаны схемы подстройки напряжения смещения нуля ОУ, а на
рис. 6. 77 - типичная зависимость дрейфа напряжения смещения нуля во време
ни с момента включения усилителя. На рис. 6.78-6 .81 приведены зависимости
спектральной плотности и напряжения шума от частоты. ( ~Ma:xim New Releases
Data Book•, 1994, р. 3-45.)
1Clk
1111
1".[·~-<1»N>2]
\.' !
1МОХ100
Рис.6.73
Схема измерения напряжения шума
в полосе О, 1-10 Гц
Примnани.е "ри.с. Все указанные зна
чения емкости относятся только к не·
полярным конденсаторам. Входное со
противление ocu,wutozpaфa Rвх - 1МОм,
усиление Х1.
Рис. 6.74. Схема измерения тока шума
V·
Рис. 6.75. Схема реrулировки
напряжения смещения
4.7t Поrенциомеrр 500 Ом 4.7t
~~~'~ч~~-м1•,.__~__,·wА~~8
V+
Рис. 6.76. Вариант схемы подстройки
напряжения смещения
100
~
.....
~
-
-
90
~'i;J'
\~
'
40
зо
0.01
0.1
~~
1.0
10
Часюта, Гц
L1
~
100
Рис. 6.78. Зависимость уровня шума от частоты
Примnание " рис. Длительность проведения
испьtтаний более 10 с на'КJlадьtвает определен
ньtе оzранWiения на коэффициент усиления на
низких (менее О, 1 Гц) частотах.
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ (267 I
10
_J . ... .. .. ....--
/"
о
о
2
3
"
5
Время после вкn~очения п11Тс1Ния, мин
Рис. 6.77 . Временной дрейф напряжения смещения
нупя
Примечание " рис. Зависимость получена при
температуре окружающей среды +25 °С и напря
жении rштания ±15 В.
100
1
/
J~
ОРО8/ОР11М
.... ".
'f" :.J.~
11
11
.... ~~~
~~
МАХ400/0РО7
__...
--
/~
~
_,.,,,,,
...
,~
--
~ ,,_"
"'"'
~
~'
""
~
~ ...
i[>"
(427'
, ,,;
-
v~
1
.~~11Rs1,+IЩ '
50 100
500 1k
10k
Rs (внутреннее соnротмвленме источника питания), Ом
Рис. 6.79. Зависимость уровня шума от
сопротивпения входных резисторов
5О11
Примечание "рис. Результатьt полученьt при
температуре окружающей средьt +25 °С и на
пряжении питания ±15 В и относятся только
к шуму резисторов.
f268 I ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
1k
10
100
50
1
:::: OIOwP108
..,
1111
~.,,,.
,. . . SS34........., _, ..,
-
1
. 00 400IOP07
1оо'
... ~
~-~ МАХ427/МАХ4Зt
,...,.. .
,~
/!;'
/
~~
.
"
,;
.
,
",~/
,;_~ "'1"
~
1J'
/'f'
~2
"
... ~"
.. ..
/
/
![>
Rs"'Rs1+Rs2
1 11111
1
1'
Рис.6.80
Зависимость напряжения шума (размаха) от
сопротивпения входных резисторов в полосе
0,1-lОГц
50 100
500 1k
5k 111
Примечание "рис. Результаты пшучены при
напряжении питания ±15 В и относятся тшь
ко к шуму резисторов. Зависимость 1: величина
сопротивления R5 не соzласована, то есть Rs =
Rs1 " 10 кОм, Rs2 " О. Зависимость 2: величи1Ш
5IJt сопротивления Rs соzласована, то есть Rs =
Rs (внуrреннее сопроп1вnенме источника пиrэния), Ом
.
-
,,
1
,;
1-
бl-
;1
,~~ ~ '2-
~
ОРО8ЮР108
1
~~~
МAXkJo7 у "
1""""
v
~~," !/
-
-
1
",
5534
-
~
...
11"'
~
f.l».427/Wl.437 .... ~
~
~
,,.
~
"""
)"
~
/
,
1 1 ",!1$"',Rs1+~
10кОм,Rs1" R52-= 5 кОм.
Рис.6.81
Зависимость уровня шума на частоте 1О rц от
сопротивления входных резисторов
50 100
500 1k
Примечание к рис. Результаты получены при
температуре окружающей среды +25 °С и на
пряжении питания ± 15 В и относятся толь
ко к шуму резисторов. Зависимость 1: величи
на сопротивления Rs не соzласована, то есть
R5 - Rs1 " 10 кОм, Rs2 " О. Зависимость 2:
величина сопротивления R5 соzласована, то
50k естьR5 ""' 10кОм,R51 " R52 - 5кОм.
Rs (внуrреннее соnротивление исrочника питания), Ом
6.4 .22 . Дифференциальные усилители с однополярным питанием
На рис. 6.82 представлена схема включения ИС МАХ478 в качестве дифференци
ального усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. На рис. 6.83 приведе
на схема включения ИС МАХ479 в качестве дифференциального измерительного
усилителя. Обе схемы могут питаться от однополярного источника питания с на
пряжением от 3 до 5 В. Максимальный ток потребления составляет 17 мкА на один
усилитель; максимальное значение напряжения смещения - 70 мкВ; максималь
ное значение дрейфа входного напряжения смещения - 2,2 мкВ/0 С (типичное
значение - 0,5 мкВ/С); максимальное значение входного тока смещения - 250 пА.
(4Maxim New Releases Data Book~, 1994, р.р. 3-59, 3-69.)
V2----- '
.МАХl.М
1/lМАХ478
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ l269 I
..М.АХIМ
1/2МАХ.418
Uвых.
OUTA
INA·
INB-
INB+
V1 ___________,
Рис. 6.82. Дифференциальный усилитель с реrулируемым коэффициентом усиления, высоким входным
импедансом и микролотребnением
Примечание к рис. Расположение выводов микросхем приведено дл.я вида сверху. ИС выполнены
в плоском корпусе с двухрядны.м расположением выводов (DIР-корпус) или малоzабаритном 1ropnyce
(SО-корпус).
-Вх.
+Вх.
-----1
.МАХl.М
1/4МАХ479
1М
l<усмл.-(1 +~) ~
9.1М
.МАХIМ
1/4МАХ479
Рмс.6.83
Дифференциальный измерительный усилитель
с малым потреблением
Примnание к рис. Для указанных на схеме
номиналов 1rоэффициент усиления измери
телыюzо усилителя равен 100.
6.4 .23. Согласующее устройство для низковольтного АЦП
На рис. 6.84 представлен вариант использования ИС МАХ495/492/494 для согла
сования входного сигнала с низковольтным АЦП МАХ187. ИС МАХ495 может
работать от однополярного (с напряжением от +2,7 до +6 В) и от двухполярного
(напряжение от ±1,35 до ±3 В) источника питания. Каждый ОУ потребляет менее
150 мкА, но может питать нагрузку с сопротивлением 1 кОм. Уровень шума со
ставляет 25 нВ/Гц 1f2; напряжение смещения - 120 мкВ; произведение ширины
полосы пропускания на коэффициент усиления - 500 кГц. Расположение выводов
микросхемы МАХ494 приведено на рис. 6.85. ( ~Maxim New Releases Data Book•,
1995, р.р. 3-23, 3-37.)
1270 j ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕnИ И КОМПАРАТОРЫ
+SV _______ .. ,.. .__ _ __ ____,
1(t
Voo
.МАХl.М
IМX18l
(ЩlJ а
:11~
С1 7 JttnepфeAc
SНDN З
llEF
4
4.09&V
GNo
5
Рис. 6.84. Согласующее устройство для низковольтного АЦП
Пр11Мnание "рис. ИС выполнены в плоском корпусе с двухряднЬIМ расположением выводов (D/Р
корпус) или .малоzабаритном корпусе (SО-корпус). ИС МАХ495 выпускается в корпусе μМАХ.
г---.,", ОUТ4
IN4-
1 IN4+
УеЕ Рис. 6.85
Расположение выводов МАХ494
Пр11Мnание "рис. ИС с 14 выводами выполнена в плоском корпусе
с двухряднЬl.М расположением выводов (D/Р-корпус) или Мйllоzабарит
ном корпусе (SО-корпус).
_
Uмп =4.5-6 V
_r_
-----------------
V+
...
1
47k
1.1М
OUT 8
10llc
У-
GND
2
с
Рис.6.86
Источник питания с автоматическим выключением
через заданное время
ПрllМnание " рис. Напряжение внешнеlо ис
точника питания Uил .может варьироваться
от 4,5 до 6,0 В. Для включения схемьt использу
ется кнопка без фиксации.
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ l271 1
6.4.24. Источник питания с автоматическим выключением
череэ заданное время
На рис. 6.86 показано использование интегрального компаратора МАХ931 в каче
стве источника питания с током нагрузки до 40 мА и со схемой автоматического
сброса выходного напряжения через заданное время после включения. Выход ком
паратора является выходом источника питания. При токе нагрузки 10 мА выход
ное напряжение на 0,15 В ниже номинального (Uвлтr - 0,15 В), в режиме ожида
ния (покоя) ток потребления схемы составляет всего 3,5 мкА. При указанных
номиналах резисторов делитель опорного напряжения задает гистерезис ±50 мВ
и напряжение 100 мВ на входе (IN-}, при этом разность потенциалов, которую
должно пройти спадающее напряжение на входе (IN+) до момента срабатывания
компаратора, составляет примерно 50 мВ. Постоянная времени RС-цепи опреде
ляет длительность подачи питающего напряжения на выход (вывод 8) от момен
та включения схемы и перехода компаратора в рабочее состояние до момента
возврата компаратора в исходное нулевое состояние и выключения питания.
Приблизительная величина периода (в секундах) может быть определена по
формуле:RхСх4,6.Например:2МОмх10мкФх4,6 -92с.(~MaximNew
Releases Data Book•, 1995, р.р. 3-23, З-57.)
6.4 .25. Детектор с окном
На рис. 6.87 изображена двухкомпараторная И С МАХ99З в схеме детектора с ок
ном (двухпорогового дискриминатора). Для приведенных значений пороговых
напряжений (5,5 В - верхний предел и 4,5 В - нижний) величины сопротивлений
резисторов R1, ~и R3 составляют 249, 61,9 кОм и 1 МОм соответственно. Прове
рить эти значения можно с помощью следующих соотношений (UВЕРХ - верх
нее, а Uниж - нижнее пороговое напряжение):
R2
R1
Ri+R2 +Rз
UвЕРх - (UREF+Uн)x
R
-
5,474В;
1
ГlеренапрQение Рис. 6.87
Детектор с окном
Примечание к рис. Верхнее пороlйвое напря
жение UBEPX - 5,5 В, нижнее пороlовое напря
жение Uниж - 4,5 В.
l272 \ ОПЕРАЦИОННЬIЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
Ri+R2+Rз
Uниж-(UREF+Uн)х R+R
-
4,484В,
1
2
Rs
а напряжение гистерезиса Uн -= UREF х R .
4
Опорное напряжение UREF = 1,182 В.
Иные пороговые значения могут быть заданы подбором номиналов сопротив
лений R 1, R2 и R3 в соответствии с вышеприведенными соотношениями. ( ~Maxim
New Releases Data Book"», 1995, р. 3-57.)
6.4 .26. Одношкальный индикатор на светодиодах
На рис. 6.88 показано применение ИС МАХ934 в схеме мноrопороrового детектора
для простого 4-уровневого одношкального индикатора на светоизлучающих диодах.
Максимальное значение порогового уровня входного напряжения в вольтах (все
светодиоды включены) задается соотношением: Uвх = (R1 + R2) / R1• Значения ос
тальных пороговых уровней составляют соответственно 3/4, 1/2 и 1/4 от полной
шкалы. Резисторы, подключенные к выходам микросхемы, предназначены для ог
раничения тока светодиодов. ( ~Maxirn New Releases Data Book>.), 1995, р. 3-58.)
R1
=
r-'\J\l\,...,_~-----~-----#\N\,--U~
45V
3
У+
1.182У 8 llEF
у.. •
Рис.6.88
Одношкальный индикатор на светодиодах
ПРИМЕНЕНИЕ ОУ И КОМПАРАТОРОВ l273 I
6.4.27. Простой линейный приемопередатчик
На рис. 6.89 приведена схема простого линейного приемопередатчика на базе интег
рального компаратора МАХ941. Выходной сигнал схемы имеет строго прямоуголь
ную форму, а его частота равна частоте входного сигнала. Амплитуда выходного
сигнала равна V+. Расположение выводов микросхемы представлено на рис. 6.90 .
(~мaxim New Releases Data Бооk», 1995, р.р. 3-61, 3-69.)
V+•"li
Рис.6.89
Простой линейный приемопередатчик
Рис.6.90. Расnоnожение выводов МАХ941/942/944
Приме~шние к рис. ИС вьтолнены в rы.оском корпусе с двухрядным расположеш~ем выводов (DIP-кopnyc)
wiu .малогабаритном корпусе (SО-корпус). ИС МАХ941 выпускается также в корпусе μМАХ.
6.4 .28. Пороговый детектор с цифровым управлением
На рис. 6.91 приведен вариант использования компаратора МАХ941 совместно
с ЦАП МАХ512 в схеме порогового детектора, управляемого цифровыми кодом.
Контролируемый аналоговый сигнал подается непосредственно на инвертирую
щий вход ИС МАХ941. Значение порогового напряжения задается выходным сиг
налом ЦАП, поступающим на неинвертирующий вход компаратора. Выходной
сигнал ЦАП определяется кодом, поступившим на его последовательный вход.
Текущее значение порога задается восемью битами, поступившими за последние
восемь тактов, то есть зависит от текущего состояния последовательного входа
ЦАП. ( ~Maxim New Releases Data Вооk», 1995, р. 3-69.)
1274 / ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И КОМПАРАТОРЫ
SDI 8-разр. ЦЧ1
A4AXIA4
IМX5t2
Voo•3 .3V
Вых. tWl----
GNO
Vss
Рис.6.91
Пороrовый детектор с цифровым управле
нием
7. СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
При изложении материала этой главы подразумевалось, что читатель знаком с ос
новными понятиями и принципами действия источников питания и стабилизато
ров, такими как выпрямительные диоды, импульсные источники и стабилизато
ры, преобразователи, регуляторы и т.п., а также с основными приемами проверки
источников питания и методами поиска неисправностей. Для ознакомления с те
мой можно рекомендовать следующие книги: J. Lenk ~simplified Design of Switching
Power Supplies$> и ~simplified Design of Unear Power Supplies$>, опубликованные в из
дательстве Butterworth-Heinemann.
7.1 . Методы проверки источников питания и стабилизаторов
В данном разделе приводятся основные методы проверки, применяемые для всех
типов источников питания и стабилизаторов, как совсем простые, так и более слож
ные. Если схема благополучно прошла все тесты, описанные в книге, значит, она
полностью пригодна для применения. Если результаты проверки не соответству
ют стандартным требованиям, то они могут послужить основой для определения
причин неисправности.
7.1.1 . Методика тестирования
Главная функция любого автономною источника питания - преобразование пе
ременною тока в постоянный. В преобразователях постоянного тока он преобра
зуется в аналогичный, но с другим напряжением (как правило, большим, но иног
да и меньшим). Работоспособность источника питания проверяется измерением
выходного напряжения. Естественно, для более детальной проверки источника пи
тания оно должно измеряться с нагрузкой, без нагрузки, а также с частичной на
грузкой.
Если выходное напряжение источника питания при полной нагрузке соответ
ствует указанному в паспорте, то его основная функция выполняется. Однако, как
показывает опыт, полезно дополнительно проверить коэффициент стабилизации
1276 \ СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
напряжения источника питания, внутреннее сопротивление и амплитуду пульса
ций выходного напряжения.
Проверка вь1ходного напряжения
На рис. 7.1 приведена принципиальная схема проверки источника питания. Схема
предусматривает проверку источника питания без нагрузки, с половинной нагруз
кой и полной нагрузкой (в зависимости от положения переключателя S1). Когда
переключатель S 1 находится в положении 1, нагрузка к выходу источника питания
не подключена. В положениях 2 и 3 подключается нагрузка, равная соответственно
половине и полному номинальному значению нагрузки источника питания.
Источник
питания
Рис. 7.1 . Базовая схема проверки истачника питания
Для расчета величины сопротивления нагрузки R1 или R2, которая определя
ется выходным напряжением Е и максимальным (либо половинным) значением
тока нагрузки I, необходимо воспользоваться законом Ома: R - Е / I. Например,
если источник питания рассчитан на выходное напряжение 5 В и ток 500 мА (0,5 А),
то величина R2 = 5 / 0,5 = 1О Ом (полная номинальная нагрузка). Для нагрузки,
равной половине номинальной, R1 = 5 / 0,25 = 20 Ом.
Если необходимо проверить несколько источников питания, целесообразно иметь
переменную нагрузку, значение которой выбирается исходя из условий проверки
источника питания; величина сопротивления нагрузки заранее измеряется оммет
ром. Резисторы не должны иметь индуктивной составляющей полного сопротив
ления (нельзя.использовать проволочные резисторы) и должны обладать доста
точной мощностью рассеяния, чтобы не перегреваться. Так, если использовать
значения R1 и R2 из предыдущего примера, выделяющаяся на резисторе R1 мощ
носrь составит 5 х 0,5 = 2,5 Вт (то есть следует использовать резистор с мощностью
рассеяния не менее 5 Вт), а для R2 мощность рассеяния составит 5 х 0,25 - 1,25 Вт
(необходим резистор с мощностью рассеяния 2 Вт).
Для проведения проверки требуется:
1. Выполнить соединения в соответствии со схемой на рис. 7.1.
2. Установить необходимые значения сопротивлений R1 и R2.
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ И СТАБИЛИЗАТОРОВ )277 I
3. Включить источник питания. Установить правильную величину входного на
пряжения, используя его промежуточное значение (если нс оговорено обрат
ное). Например, входное напряжение для обычного импульсного стабилизато
ра питания составляет 4-20 В. Для проверки нагрузочных характеристик
и линейности стабилизации следует использовать входные напряжения
5,8-15 В. При проверке преобразователей постоянного тока требуется авто
номный регулируемый источник входного напряжения. (Пример такого источ
ника приведен на рис. 7.2.) Для источников питания, выполненных в виде анrо
номных блоков, необходимое значение входного напряжения можно установить
с помощью регулируемого автотрансформатора. При выполнении ряда тестов
в качестве источника можно использовать дсвятивольтовую батарею для зада
ния напряжения примерно в середине нужного диапазона.
4. Измерить выходное напряжение при каждом положении переключателя S 1.
5. Затем, используя закон Ома, нужно рассчитать токи для положений 2 и З пе
реключателя S1. Например, если R1=20 Ом, а вольтметр зафиксировал вы
ходное напряжение 4,8 В в положении 2 переключателя S 1, ток нагрузки со
ставит 4,8 / 20 = 0,24 А, или 240 мА. Если выходное напряжение источника
питания равно 5 В в положении 1 и снижается до 4,8 В в положении 2 пере
ключателя, значит, источник питания нс пщщсрживает номинального напря
жения при полной нагрузке. Снижение выходного напряжения под нагрузкой
означает либо неудачное ПJЮектирование разводки (для экспериментальных
источников питания), либо неисправность отдельных элементов (рассмотре
но в разделе поиска неисправностей).
Изменение выходной нагрузки
Изменение напряжения или тока стабилизированного источника питания при из
\1снснии нагрузки (иногда называемое эффектом влияния нагрузки или выходной
нестабильности) обычно выражается в процентах и определяется так:
Процент нестабильности =
(напряжение без нагрузки) - (напряжение со 100% нагрузкой)
=
(напряжение со 100% нагрузкой)
х 100.
Желательно низкое значение выходной нестабильности (процента нестабиль
ности), так как в рассматриваемом случае эта вели чина указывает на малое изме
нение выходного напряжения при изменении нагрузки. Измерять выходную не
стабильность нужно в следующем порядке:
1. Собрать схему в соответствии с рис. 7.1 .
2. Установить сопротивление R2 равным полной ( 100%) нагрузке.
3. Включить питание. Измерить выходное напряжение в положении 1 (без на
грузки) и положении 3 (полная нагрузка).
4. Используя вьnпсприведенноесоотношение, рассчитать выходную нестабильность.
Например, если без нагрузки выходное напряжение равно 5 В, а при полной на
грузке - 4,999 В, то выходная нестабильность определяется следующим образом:
(5- 4,999)х100 о2%
4,999
=
'
о.
1278 / СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Следует отметить, что значения выходной нестабильности, как правило, не очень
хороши (то есть имеют высокое процентное значение), когда велико собственное
внутреннее сопротивление источника питания.
Рис. 7.2. Реrулируемый автономный исrочник питания
Примечание к рис. Выходное напряжение реlулируется от 3.5 до 20 В, выходной ток меняется от
нуля до 90 мА. Выходная пестабшЪllосmъ равна 0,2% (по наzрузке и по питанию от сети). Уровень
пульсаций при по.лной нагрузке не превышает 0,5 мВ. Т1 - трансформатор STANCOR-ТPЗ.
Неаа6ильностьвыходноrонаnр11Жени•. вызываема нестабмльностыо
сетевого питания
Нестабильность выходного напряжения из-за изменения напряжения сетевого
питания (также известного в качестве эффекта сети, входной нестабильности,
эффекта источника) обычно выражается в процентах изменения выходного на
пряжения и представляет максимально допустимое выходное напряжение (на
данную нагрузку) при максимальном изменении входного напряжения. Напри
мер, источник питания спроектирован для работы от сети переменного тока
с напряжением 110-120 В, при этом выходное постоянное напряжение должно
быть равно 100 В. При первом измерении выходное напряжение на входе источ
ника было равно 120 В, а при втором - 11 О В. Если при двух измерениях нет
никакой разницы в выходном напряжении, то его стабильность по входному на
пряжению идеальна (и, скорее всего, нереальна). Если же выходное напряжение
изменилось на 1 В, то по отношению к 100 В изменение составило 1%. Дей
ствительное значение нестабильности по входному напряжению источника пи
тания должно определяться при полной, половинной или иной, требуемой тех
ническими условиями, величине нагрузки. Разумеется, входное напряжение
нужно изменять стабилизатором или отдельным источником постоянного тока
от минимального до максимально возможного и измерять прибором с высоким
классом точности.
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ И СТ.А&ИЛИЗАТОРОВ 1279 I
Внутреннее сопротивление источника nитани11
Внутреннее сопротивление источника питания определяется следующим соотно
шением:
Внутреннее сопротивление -
(напряжение без нагрузки) - (напряжение под 100% нагрузкой)
-
(ток)
·
Предпочтительно минимальное значение внутреннего сопротивления, так как
оно указывает на минимальное изменение выходного напряжения при изменении
нагрузки. Выполнение измерений производится в следующем порядке:
1. Собрать схему в соответствии с рис. 7.1.
2. Установить необходимое по условиям проверки значение сопротивления R2.
3. Включить напряжение питания. Измерить значение выходного напряжения
в положениях 1 (без нагрузки) и 3 (полная нагрузка) переключателя S1.
4. Рассчиrать действительное значение тока в положении З. Например, если сопро
тивление R2 составляет 10 Ом, а выходное напряжение в положении З пере
ключателя S1 - 4,999 В (как и в предыдущем примере), то значение тока равно:
4·;gg - О,499А-= 499мА.
Используя полученные значения выходного напряжения без нагрузки и с полной
нагрузкой и значение тока нагрузки. можно определить внутреннее сопраrивление
источника. Так, если выходное напряжение без нагрузки равно 5 В, напряжение
с полной нагрузкой - 4,999 В и ток - 0,499 А, то внутреннее сопротивление составпr:
(S- 4
•99CJ) - о002о
0,499
1
м.
кпд
Коэффициент полезного действия обычно определяется в процентах и представ
ляет собой отношение выходной мощности источника питания к входной (умно
женное на 100 для выражения результата в процентах). Хотя расчеты очень просты,
есть некоторые сложности в определении входного тока и измерении входного на
пряжения. При отсутствии амперметра для измерения входного тока необходимо
использовать резистор, подключенный последовательно к входу источника пита
ния. Затем следует измерить падение напряжения на этом резисторе (в вольтах)
и рассчитать ток по закону Ома (1 -= Е / R). При использовании резистора сопротив
лением 1 Ом величина тока будет выражена в амперах, а сопротивлением 1000 Ом -
в миллиамперах. Хотя в установившемся режиме входной ток большинства им
пульсных стабилизаторов на интегральных микросхемах невелик, начальный бро
сок тока при включении может оказаться достаточно большим.
Если предположить, что выходное напряжение с полной нагрузкой равно
4,999 В при токе нагрузки 15 мА, а входное напряжение - 4,5 В с входным током
20 мА, то входная потребляемая мощность составит 90 мВт (4,5 х 0,02), а выходная
l2во 1 СХЕМЫ источников ПИТАНИЯ
мощность - 75 мВт. Таким образом, КПД составит 83% (75 / 90). Такое значение ти
пично для большинства схем импульсных стабилизаторов с батарейным питаниеl\L
Пульсации выходного напряжени11
В любых источниках питания независимо от качества стабилизации или фильт
рации всегда присутствуют пульсации. Импульсные источники с батарейным
питанием также имеют небольшую переменную составляющую выходного на
пряжения. Пульсации (независимо от их происхождения) можно измерить ос
циллографом или измерительным прибором. Обычно коэффициент, отражаю
щий величину пульсации, вычисляется как отношение между величинами пульсации
и полного выходного напряжения. Например, если пульсации составляют 0,03 В,
а выходного напряжения - 5 В. то это отношение будет равно 0,03 / 5 = 0,006
(или 0,006 Х 100 = 0,6%).
Методика выполнения измерений следующая:
1. Собрать схему в соответствии с рис. 7.1 .
2. Установить необходимое по условиям проверки значение сопротивления
R2. Измерение пульсаций обычно производится при полной (100%) на
грузке.
З. Подать напряжение. Измерить значение выходного постоянного напряжения
в положении З (полная нагрузка) переключателя S1.
4. Установить переключатель измерительного прибора в положение измерения
переменного тока. Любые показания прибора в этих условиях характеризуют
напряжение пульсаций.
5. Найти значение коэффициента пульсаций (в процентах). Оно равно отноше
нию двух напряжений (неременного напряжения пульсаций и постоянного
выходного).
6. Существенной проблемой при оценке величины пульсации с помощью изме
рительного прибора может оказаться отличие формы пульсирующего сигна
ла от синусоидальной, так как большинство приборов отградуировано на из
мерение именно синусоидального сигнала. Поэтому более надежный способ
измерения пульсаций -- применение осциллографа (см. рис. 7.3), посредством
I<oтoporo можно определить амплитуду пиков.
7. Необходимо настроить развертку осциллографа для получения на экране од
ного или двух периодов напряжения пульсации. Следует помнить, что при
двухполупериодном выпрямлении образуется два 4горба• за период, а одно
полупериодное выпрямление дает один 4ГОрб•.
Исследование формы пульсирующего сигнала в описанных ниже случаях по
могает определить источник пульсаций в схеме источника питания:
о при иесбалансuровашюсти 1шгрузки плеч выпрямителя (через один выпрями
тельный диод протекает больший ток, чем через другой) пульсации не равны
по амплитуде;
о если в источпuке большой урове1lь шума ши флуктуаций (особенно при ис
пользовании стабилитронов), пульсации непостоянны по амплитуде и форме;
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ И СТА&ИЛИЗАТОРОВ t281 1
о если изменяется частота пульсаций, то частота источника переменного тока
непостоянна (в импульсных источниках питания частота переключения варь
ируется);
о если на выходе двухполупериодноzо выпрямителя наблюдается однополуперu
одное вьтрямление, то один из выпрямительных диодов не проводит ток.
Perynиpyewй
автотрансформатор
Д14фференциаnьный
иnм цмфровой 80/IЬтмеtр
постоянного тока
Источник
питания
Одноnолюаtый
вык.пючатепь
Рис. 7.3. Схема соединений для проверки параметров источников питания
7.1.2. Детальная проверка
RL
Основных методов проверки, описанных выше, вполне достаточно для большин
ства случаев, встречающихся в любительской практике, хотя для проверки обору
зования промышленного И исследовательского предназначения существует мно
жество других способов.
На рис. 7.3 приведена схема соединений для проверки пяти наиболее важных па
раметров (рабочих характеристик) источника питания: влияния внешнего питания,
нагрузки; гармонических и случайных искажений (ГИ СИ), дрейфа и температурных
коэффициентов. Помимо перечисленных существует ряд дополнительных измере
ний, в частности шумы и время переходных характеристик. Однако для этих це
лей необходимо сложное оснащение, особенно при проверках экспериментально
го или промышленного оборудования. Для более детального изучения методов
проверки и измерений характеристик источников питания можно рекомендовать
книгу]. Lenk, ~complete Guide to Electronic Power Supplies~, 1990, Prentice-Hall.
Оборудованиедпявыпопненияюмерений
Для выполнения тестовых измерений, описанных в этом разделе, понадобятся четы
ре прибора: реrулируемый автотрансформатор, дифференциальный или цифровой
вольтметр переменного тока, обычный вольтметр переменного тока и осциллограф.
1282 f СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Естественно, для проверки источников, работающих от батареи, нужен регулиру
емый источник постоянного тока (см. рис. 7.2).
Использование отдельного источника питания, возможно, приведет к опреде
ленным проблемам. Наличие в нем пульсаций или флуктуаций напряжения мо
жет повлиять на проверяемый источник питания и исказить результаты проверки.
Эта ситуация легко исправляется заменой внешнего источника питания батареей
с тем же напряжением. Если пульсации или другие флуктуации сохраняются, то
неисправен проверяемый источник питания.
Необходимо убедиться, что автотрансформатор или регулируемый источник
постоянного напряжения (для проверяемых источников с батарейным питанием)
рассчитан на достаточную нагрузку по току. В противном случае напряжение, по
ступающее от него на вход проверяемого источника, может иметь значительные
искажения, вследствие чего условия (и результаты) работы цепей выпрямления
или стабилизации будут сильно отличаться от номинальных.
Точность измерения вольтметра постоянною тока должна быть до 1 мВ или
выше, чувствительность осциллографа- не менее 100 мкВ/см, а ширина полосы
пропускания - не менее 1О МГц. Желательно, чтобы и осциллограф, и вольтметр
имели приспособление для измерения тока (типа токового шунта, предпочтитель
но с зажимами), поскольку в импульсных источниках форма тока на экране ос
циллографа часто помогает определить причину неисправности (как будет пока
зано ниже). В цепях импульсных источников также могут оказаться полезными
неэлектронные типы комбинированных приборов (ампервольтомметров), напри
мер классические Simpson 260 или Tripplet 630, поскольку цифровые и другие
электронные устройства зачастую подвержены влиянию импульсных сигналов, ге
нерируемых в проверяемых схемах.
ПравWJьноаь nодключениR
Для получения правильных результатов все соединения должны быть постоянны
ми и надежными (не рекомендуется использовать зажимы типа •крокодил• и т.п. ),
причем их следует выполнять к определенным местам источника. Использование
проводов с зажимами на концах, как правило, приводит к ошибкам в измерениях.
В этом случае к результатам измерений добавляется переходное сопротивление
в точке контакта зажима. Применение зажимов даже для подключения нагрузки
может вызвать погрешности измерений.
подключение отдельными проводами
Каждый измерительный прибор должен подключаться к точкам измерения от
дельной парой проводов (см. рис. 7.3). Такое подключение позволяет избежать
воздействия едва уловимых эффектов взаимного влияния, которые могут про
явиться между измерительными приборами (если только все их провода с нуле
вым потенциалом не подключены к выводу с низким импедансом на источнике
питания). Для исключения влияния наводок необходимо использовать витую пару
проводов или экранированный кабель.
МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ источников ПИТАНИЯ и СТА&ИЛИЗАТОРОВ l2аз 1
Сопротивление наrрузкн
Сопротивление нагрузки должно соответствовать возможностям источника и ус
.1овиям проверки. Правильно подобранное сопротивление нагрузки обеспечивает
nроверку работы источника при максимально допустимых значениях выходного
напряжения и тока нагрузки.
Помехи и наводки, влияние паразитных связей с «Землей»
Необходимо тщательно проверять подключение всех соединений, чтобы избежать
возможного влияния наводок и/или проблем из-за паразитных связей с 4землей~
(заземления в нескольких точках, особенно неверно выбранных). Простейший
способ проверки - отключить источник и с помощью осциллографа убедиться
в наличии или отсутствии нежелательных сигналов (особенно в диапазоне частот
сетевого питания 50/60 Гц). При этом провода осциллографа должны быть под
ключены к выходным контактам источника. Затем следует подключить оба про
вода осциллографа к тому выводу (+ или - ), который соединен с 4землей~, либо
к общей точке. Если при этих измерениях с отключенным источником наблюда
ются шумы, то, скорее всего, причина заключается в перекрестных помехах или
эффекте влияния паразитной связи с 4землей~.
подключение вольтметра переменного тока
Вольтметр переменного тока должен быть подключен как можно ближе к входным
клеммам источника питания. В этом случае измеряемая величина представляет
собой напряжение непосредственно на входе проверяемого источника без возмож
ных погрешностей из-за падения напряжения в проводах, которыми источник
питания подключается к сети. То же самое относится и к измерениям, выполняе
мым на входе батарейного источника. То есть необходимо проводить измерения
постоянного входного напряжения на входных зажимах проверяемого источника,
а не на выходных клеммах регулируемого стабилизатора или батарей.
Сетевые стабилизаторы
При проверке источников питания или при их эксплуатации нельзя использовать
сетевые стабилизаторы, если только этот момент специально не оговорен для дан
ного типа источника питания. Данное предостережение особенно важно при рабо
те с импульсными источниками питания и стабилизаторами постоянного напря
жения. Сетевой стабилизатор может внести существенные искажения в форму
выходного сигнала импульсного источника и тем самым - постоянную погреш
ность в выходное напряжение.
7.1 .3. Влияние источника питания
Этот способ заключается в том, что измерения выходного напряжения проводят
ся при изменении входного в оговоренном диапазоне от нижнего предела до верх
него. Проверка выполняется при неизменных значениях остальных параметров.
Они должны соответствовать техническим характеристикам для любого диапазо
на изменений выходного напряжения, указанного в паспорте, при заданных для
f284 I СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
проверки значениях выходного тока. Предельные значения параметров при таJ...;
проверках - это, как правило, максимальное выходное напряжение и максима.
ный ток нагрузки.
7.1 .4. Влияние нагрузки
Эти измерения выполняются при замыкании и размыкании переключателя S
(рис. 7.3) с регистрацией изменений выходного напряжения. Проверка производ~rт
ся при неизменных значениях остальных параметров, которые должны соответство
вать техническим характеристикам для любого нормированного выходного напря
жения при заданных значениях входного. Предельные значения параметров пр
таких проверках - это, как правило, максимальное выходное напряжение и мак
симальный ток нагрузки.
7.1.5. Шумы и пульсации
Во многих случаях термин 4Периодические и случайные отклонению> замени
термин 4Шумы и пульсации». Данный параметр представляет собой отклонени
выходного напряжения постоянного тока от среднего значения (в пределах опреде
ленной полосы пропускания частот) при неизменности всех остальных параметров.
Например, для лабораторных источников питания фирмы Hewlett Packard этот
параметр измеряется в значениях среднего квадратического или двойного ампли
тудного (от пика до пика) напряжения при ширине полосы пропускания от 2 Г
до 2 МГц. Флуктуации в диапазоне частот ниже 20 Гц рассматриваются как дрейq
Измерения ~от пика до пика» имеют особую практическую ценность в тех случа
ях, когда шумовые выбросы могут нанести особый вред (например, в цифровых
логических схемах). Измерение среднего квадратического значения неэффектив
но в случае шумов, так как выходные шумовые выбросы моrут проявляться в крат
ковреме~шых пульсациях; при этом величина среднего квадратического значения
увеличивается незначительно. Во время проверок периодических и случайныл
отклонений или уровня шума и пульсаций всегда используйте витую пару прово
дов (для однолучевого осциллографа) либо двухпроводной экранированный ка
бель (для дифференциального осциллографа).
7.1.б. Дрейф
При измерении дрейфа наблюдают за величиной выходного напряжения источ
ника питания с помощью дифференциального или цифрового вольтметра на про
тяжении фиксированного длительного промежутка времени (как правило, восемь
часов после 30-минутного предварительного прогрева). В ряде случаев использу
ются регистрирующие самопишущие приборы с непрерывной записью измерений.
При проведении испытаний рядом с источником питания необходимо поместить
термометр для подтверждения неизменности температуры окружающей среды.
Испытываемый прибор должен находиться в защищенном от конвекционных по
токов воздуха месте (вдали от открытых дверей, окон или вентиляционных отвер
стий системы кондиционирования воздуха). По возможности его лучше поместить
в термостат и поддерживать заданную температуру. Следует помнить, что у стаби
лизированного источника питания с хорошими характеристиками наибольший
дрейф выходного напряжения щюявляется в течение первых 30 минут щюгрева.
поиск НЕИСПРАВНОСПЙ в ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИSI l2as I
1.1.7. Температурный коэффициент
Температурный коэффициент измеряют, помещая испытываемый источник пита-
1шя в термостат и изменяя температуру в заданных пределах (с предварительным
прогревом на каждой фиксированной точке в течение 30 мин). Если нет других
указаний, то температурный коэффициент определяется как величина изменения
выходного напряжения источника питания при изменении температуры на 5 °С.
Измерительный прибор следует размещать вне термостата, и он должен иметь
высокие характеристики как по термостабилыюсm, так и по стабильности в не
прерывном режиме работы, гарантирующие, что дрейф показаний вольтметра не
повлияет на точность проводимых измерений.
7.2 . Поиск неисправностей в импульсных источниках питания
Как показывает опыт, основные проблемы в источниках питания связаны с ошиб
ками при выполнении монтажных соединений, неисправными или неточно подо
бранными элементами схемы и, возможно, с ошибками при проверке. Все указан
ные неисправности можно определить посредством основных методов проверки
напряжений, сопротивлений и последовательного контроля правильности выпол
нения соединений. Однако источники питания с импульсным управлением и им
пульсные стабилизаторы напряжения имеют ряд особенностей - чаще всего про
блемы возникают при первоначальной проверке экспериментальной схемы. Далее
рассматриваются наиболее общие проблемы поиска неисправностей для этого типа
источников питания и стабилизаторов.
7.2.1. Паразитная связь с ((землей))
На рис. 7.4 показаны типичные условия образования контура паразитной связи
с 4землей~. Генератор подает сигнал напряжением 5 В на нагрузку сопротивлени
ем 50 Ом в экспериментальную схему, что приводит к протеканию тока величиной
100 мА. Обратный путь для этого тока делится между проводом «земли~ генера
тора (обычно это экран на кабеле с байонетным разъемом) и вторичным заземля
ющим контуром, который образован заземляющим проводом измерительного
кабеля осциллографа (экранирующей оболочкой) и заземляющими проводами
трехконтактных сетевых разъемов генератора и осциллографа.
Если принять, что через паразитный заземляющий контур протекает ток 20 мА,
а сопротивление заземляющего провода осциллографа составляет порядка 0,2 Ом,
то на экране осциллографа будет регистрироваться паразитный сигнал напря
жением 4 мВ. Проблема гораздо серьезнее при больших значениях тока, а также
в случае прохождения ВЧ сигналов, когда увеличится значение индуктивной со
ставляющей сопротивления заземляющего экрана кабеля осциллографа. Наибо
лее простое решение проблемы - использовать развязывающий трансформатор
для осциллографа. С этой целью необходимо прикоснуться измерительным выво
дом кабеля осциллографа к заземляющему зажиму осциллографа, подключенно
му к проводу «земли~ экспериментальной схемы. На экране осциллографа долж
на появиться ровная линия. Любоi1 сигнал, регистрируемый в этой ситуации на
экране, - следствие прохождения ложного сигнала по паразитному заземляюще
му контуру либо взаимных перекрестных наводок.
f286 / СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Генервтор
сигналое
1
00mA Проверяемый
----+-----+-сmбмпизатор-
80rnA
-
.,-
-----------
•
Рис. 7.4. Влияние паразитного заземляющего контура
.-------- ...
1
Примечание к рис. Экранирующая оболочка измерительного кабеля осцWLЛографа образует пара
зиrrшую цепь для прохождения возвратного тока генератора.
7.2 .2. Компенсация измерительного кабеля осциллографа
При проверке схем импульсных источников питания необходимо всегда выяснять
правильность компенсации измерительного кабеля осциллографа. Эта проблема
особенно актуальна при использовании делителей переменного тока (например.
кабеля 1ОХ), когда нужно очень точно подобрать ослабление по постоянному току.
Если этого не сделать, НЧ сигнал исказится, а ВЧ сигнал будет иметь неверную
амплитуду. Следует помнить, что на обычных частотах переключения импульсных
источников питания форма сигнала может быть нормальной, так как у измери
тельного кабеля на этих частотах емкостный характер сопротивления, в силу чего
сразу, возможно, и не удастся зафиксировать неверное значение амплитуды.
7.2.3. Наводки в заземляющем проводе с зажимом
Не рекомендуется проводить любые измерения в схеме импульсноzо стабилизато
ра с заземлением стандартны.ми проводами с зажимами типа •крокодил~. Такой
зажим необходимо заменить специальным припаянным наконечником. Стандар
тный заземляющий провод с зажимом может действовать как антенна, которая
улавливает электромагнитные и прочие излучаемые сигналы. Если есть подозрения
о наличии паразитных перекрестных наводок из-за кабеля осциллографа, СJiедует
повторить тест, описанный для паразитного контура заземления.
7.2.4. Измерения на элементах
Все измерения (выходного напряжения, пульсаций и т.д.) следует производить
на элементах схемы, а не на проводах, которые к ним подключены. Это предуп
реждение очень важно, так как провода имеют определенные и порой ощутимые
ПОИСК НЕИСПРАВНОСПЙ В ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ 1287 I
ра.1меры. Например, импульсный стабилизатор постоянного напряжения (один из
тех, что описаны в этой главе) вырабатывает cиrнaJJ или импульсы прямоуголь
- .JЙ
формы. В свою очередь, эти импульсы подаются на выходной конденсатор
в большинстве случаев). Типичный стабилизатор может генерировать выбросы
напряжения в проводниках подключения конденсатора величиной около 2 В на
дин дюйм (25,4 мм). Чем даJJьше от конденсатора производятся измерения, тем
-ыше зна чение
напряжения выбросов.
7.2 .5 . Электромагнитные помехи
Электромаrnитные помехи - неотъемлемая часть функционирования импульс
ных стабилизаторов. Помехи проявляются в двух формах: наведенной (связан
ной с прохождением тока в подводящих и отводящих проводниках) и излученной
(генерирующей электрические и магнитные поля). Хотя поля обычно не влияют
на сам стабилизатор, но могут оказывать неrативное воздействие на окружающие
электрические схемы. Основные принципы, которыми следует руководствоваться
.1ЛЯ сведения электромагнитных помех к минимуму, следующие:
1. Не прокладывать проводники заземления с большими возвратными токами
рядом с выводами обратной связи. На рис. 7.5 приведены примеры правиль
ного и неверного монтажа заземляющего проводника и провода обратной свя
зи для схем с импульсными стабилизаторами. Даже при максимальной простоте
использования маJJомощных интегральных схем импульсных стабилизаторов
следует уделить внимание как монтажной схеме, так и трассировке провод
ников при макетировании печатной схемы. Это требование очень важно
при уровнях мощности более 1 Вт или использовании быстродействующих
(с повышенной частотой работы) широтно-импульсных модуляторов (ШИМ).
Нужно особо трассировать сильноточные проводники и минимизировать их
Неверное
соединение
""- ....
,,...-----,
/ ---
..----"
/
1
11μ\.
\.\ . GND
V+
ЕХТ
FI
•
1
1
\
\.
---{--- :
\.
)
Неверное
ооединение
--
/
/ ---
V+
r
Праsмпыюе
соединение
ЕХТ---1
Пра8К/lьное
соединение
Рис. 7.5 . Примеры неверного и правильного выполнения заземления и прокладки возвратных проводов
для схем импульсных стабилизаторов
f 2aa I СХЕМЫ источников ПИТАНИЯ
длину - это относится прежде всего к проводникам заземления. Следует ис
пользовать заземление, выполняемое в виде звезды, когда все проводники
заземления сходятся в одной точке: Любой конденсатор входного фильтра
лолжен располагаться на монтажной схеме как можно ближе к И С. Необхо
димо свести к минимуму любую паразитную емкость на выводах обратной
связи И С. Все компенсационные и развязывающие конденсаторы нужно под
ключать к хорошо фильтруемой точке схемы (такой, например, как аналого
вый заземляющий вывод).
2. Использовать дроссели или трансформаторы только с низким уровнем элек
тромагнитных помех, например на тороидальных или броневых сердечниках
Не рекомендуется применять дроссели со стержневыми сердечниками, а при
необходимости использования их следует располаrать в выходном фильтре,
где токи пульсаций невелики. Значения индуктивностей дросселей должны
точно соответствовать тем, что приведены на схеме. На рис. 7.6 представлены
типичные осциллограммы формы сигнала, полученные при применении
~плохого~ и ~хорошего~ дросселей. Как правило, основные проблемы, воз
никающие из-за дросселей (за исключением установки дросселя с непод
ходящим значением индуктивности), могут быть связаны с применением
дросселя с неверным значением насыщения (пиковый ток) либо с чрезмер
ным сопротивлением по постоянному току. При насыщении устройства ток на
растает экспоненциально. При избыточной величине сопротивления наблюда
ется отчетливая LR-характеристика. Если форма сигнала имеет небольшие, но
нехарактерные дугообразные искажения, то, скорее всего, налицо проявления
обоих дефектов дросселя.
З. Прокладывать все проводники с токами, имеющими высокий уровень пуль
саций, над экранирующей плоскостью с целью минимизации наведенных по
лей. Это относится к проводам, подсоединяющим в схеме ограничительные
диоды, входные и выходные конденсаторы, демпфирующие элементы и щюссе
ли, к проводам, подключаемым к входным и импульсным выводам интеграль
ных микросхем, и проводам питания. Все они должны иметь минимальную
длину, а сами элементы - располагаться как можно ближе к экранирующей
плоскости.
4. Разносить на максимальное расстояние чувствительные проводники с ма
лым уровнем сигнала и использовать приемы взаимной компенсации элек
тромагнитных полей, например дифференциальные линии на основе про
водов с витой парой.
5. При необходимости добавить на ограничительный диод ферритовое коль
цо, снижающее выбросы, чтобы подавить высшие гармоники, которые мо
гут образовывать значительные переходные напряжения в момент выклю
чения. Нужно тщательно исследовать форму каждого коммутируемого
сигнала.
6. Если помехи от входных линий создают определенные проблемы, то нужно
установить входной фильтр. Достаточно дросселя с индуктивностью в не
сколько микрогенри, чтобы стандартный входной конденсатор поглотил по
чти все токовые пульсации, возникающие на входе стабилизатора.
ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ l289 I
о)
6)
)\)\)\А Рис.7.6
Характерная форма тока, определяемая хорошим или
плохим качеством дроссепя
в)
Примечание к рис.: а) нормальный режим работы, ли
нейный характер процесса заряда и разряда; б) режим на
сыщеиия - нелинейный рост тока дросселя в области пика;
в) повышенное сопротивление:
1. Высокое сопротивление обмотки.
2. Высокое сопротивление транзистора во включенном
состоянии.
З. Высокое сопротивление источника питания.
7.2.6. Советы и предостережения
1. Если схема не работает совсем, необходимо проверить:
-
правильность подключения обмоток трансформатора (прежде всего обо
значение обмоток или их цветовую маркировку);
соответствие полярности подключения электролитических конденсато
ров (как правило, этот дефект проявляется сразу после включения пита
ния, и в худшем случае конденсатор ~выстреливает~);
правильность подключения выводов ИС (не перепутана ли цоколевка; не
обходимо свериться с техническим описанием и следовать принципиаль
ной или монтажной схеме).
2. Если схема работает (нет дыма, оzня или взрывов), но выходные параметры
не соответствуют ожидаемым (малый КПД, низкое выходное напряжение
или ток, параметры стабилизированного напряжения на нагрузке или в схе
ме не укладываются в заданные пределы и т.п. ), то для определения неисправ
ности необходимо прежде всего исследовать форму тока дросселя на экране ос
циллографа. Наиболее распространенное средство для этого - токовый шунт
с зажимами. На рис. 7.6 приведены характерные формы тока через дроссель.
В идеальном случае линии заряда и разряда на осциллограмме представляют
собой отрезки прямой (см. рис. 7.ба). Если наблюдаемая осциллограмма со
ответствует приведенной, но схема не работает должным образом, необхо
димо проверить дроссель, частоту следования импульсов, величину емкос
ти выходного конденсатора и характеристики диода (именно в указанном
10 Заl(. 7ЗЗ
f290 1 СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
порядке). Например, если индуктивность дросселя уменьшилась в результа
те насыщения, выходной сигнал возрастет, но форма тока дросселя будет от
клоняться от линейной в области пиков, как показано на рис. 7.66. А если вели
чина сопротивления обмотки дросселя больше нормы, форма сигнала будет
отличаться от линейной - см. рис. 7.6в.
З. Если вы сомневаетесь в работоспособности дросселя, следует проверить em
по стандартной испытательной схеме, показанной на рис. 7.7 . Нужно срав
нить полученную форму сигнала со стандартными тестами, приведенными на
рис. 7.8 -7 .11. На каждой осциллограмме линия А отображает напряжение на
выводе Vsw интеrральной микросхемы LT1070, а линия В соответствует току
снимаемому с того же вывода при помощи токового шунта. При низком напря
жении на выводе Vsw ток протекает через дроссель. При большом значении
индуктивности (см. рис. 7.8) наблюдается медленный рост тока без насыще
ния. При уменьшении индуктивности рост тока происходит быстрее (рис. 7.9
и 7.10}, но насыщения пока нет. Однако наибольшая индуктивность (рис. 7.11 },
но намотанная на сердечник с малым значением межвитковой емкости про
изводит сильное насыщение, что делает дроссель непригодным для приме
нения в схемах импульсных стабилизаторов. Использование приведенной
выше схемы и описанной методики позволяет значительно упростить про
цедуру подбора дросселя с наиболее подходящими характеристиками (как
по цене, так и по размерам). На рис. 7.12 приведен стандартный набор,
SV Вход
..-.. ..- tGND
LT1070
Vc
МВR735 (МOTOIIOLA)
FВJ-1-...-_,,.,\1\1-_,.___ Выход 12 V
1.24k
д"208/No!.
1
' ,___
-
,--
-
_,
-
--
В= 1Nдen.
1
-
-
-
-
5Mr.r,//fМI.
Рис. 7.8. Осциллограмма формы напряжения
и тока для дросселя с индуктивностью 450 нГн
и сердечником с высокой межвитковой емкостью
А=20В/No!.
Рис.7.7
Стандартная схема проверки
индуктивности дросселей,
используемых в импульсных схемах
--
-
1
'-
-
1
~
_,
-
:.---
,_
-
-
-
~
St/ЩNoL
Рис. 7.9. Осциллограмма формы напряжения
и тока для дросселя с индуктивностью 170 нГн
и сердечником с высокой межвитковай емкостью
ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ l 291 1
А.=208/деп.
-
-U
......__ __J
A.=208/NoJ.
-
-
\
'-
_,_
J
8= 1A/NoJ.
,,..,.,...
~
~
_. ....
,.,...
__u
..__ _J
В= 1 А/дел.
/
"'
_/
J
r
-
-
-
.--
-
5 Мкс/дел.
5 Мкс/дел.
Рис. 7.10. Осциллограмма формы напряжения
и тока для дросселя с индуктивностью 55 мкГн
и сердечником с высокой межвитковой емкостью
Рис. 7.11 . Осцилпограмма формы напряжения
и тока для дросселя с индуктивностью 500 мкГн
и сердечником с низкой межвитковой емкостью
включающий 18 дросселей различных размеров и значений индуктивности
(модель 845), который можно заказать по адресу: Pulse Engineering, Inc. РО
Вох 12235, San Diego, California 92112, (619) 268-2400.
4. При недостаточном входном напряжении причиной может оказаться слиш
ком большая длина проводов (например, от батареи к импульсной ИС)
в процессе макетирования схемы. (Такая проблема не возникает при ис
пользовании плат с печатным монтажом.)
Входное питание потребляется схемой им
пульсного стабилизатора в виде импуль
сов тока. Если при макетировании схемы
наблюдается падение входного напряжения
из-за длинных проводов, следует увеличить
входную емкость (конденсатор емкостью
порядка 1ООО мкФ или более подключает
ся как можно ближе к выводам ИС стаби
лизатора). Если это не поможет, необходимо
•
добавить входные конденсаторы во время Рис. 7.12. Набор поверочных индуктив-
сборки схемы.
_но_а_ей___________
5. Если при использовании небатарейноzо ис-
точника входного напряжения схема не запускается и нет переключений при
исправных компонентах схемы и правильном их подключении, то, возможно,
используемый источник питания мал по выходной мощности и не обеспе
чивает необходимой величины пусковоrо тока. Импульсные стабилизаторы
имеют отрицательное входное сопротивление в пусковом режиме и при вклю
чении потребляют значительный ток. Высокие токи моrут вызвать в некото
рых входных источниках значительное падение напряжения или их отклю
чение. При использовании батареи в качестве источника входного питания
вполне вероятно, что она не в состоянии обеспечить большие мгновенные
значения пускового тока.
6. При низком КПД (когда потребляемая мощность значительно больше выход
ной мощности) необходимо обратить внимание на дроссель или трансформа
тор, так как потери в их обмотках или сердечнике могут быть значительными.
f292 I СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Конечно, низкий КПД устройства в целом может быть суммарным результа
том всех потерь: в дросселе, конденсаторах, диодах и т.д.
7. При нестабильности тактовой цастоты -uмпульсов требуется проверить на
личие избыточных пульсаций на выходе, а также на любом выводе обратной
связи или компенсационном выводе ИС стабилизатора. При изменении так
товой частоты от периода к периоду следует подключить конденсатор (от
1000 до 3000 пФ) параллельно выходному конденсатору (и/или выводу об
ратной связи или компенсационному выводу) к -«земле•. Если какое-нибудь
из этих действий с конденсаторами устранило изменения тактовой частоты,
можно считать, что проблема локализована.
8. В случае больших пульсаций выходноlо напряжения ш~и шумовых выбросов
проблема, возможно, связана с выходным конденсатором. Он характеризует
ся значением электрической емкости, выражаемой в пико- или микрофара
дах, а также величиной эквивалентного последовательного сопротивления
(ЭПС) в омах. Увеличение емкости снижает пульсации, а возрастание экви
валентного последовательного сопротивления - увеличивает. Вполне вероят
но, что высокое Э ПС используемого конденсатора, даже при соответствии его
емкости значениям в схеме, стало причиной пульсаций непонятноrо проис
хождения.
9. Когда интеlрШlьная микросхема взрывается на этапе экспериментирования
(при тщательном подборе всех компонентов, правильном выполнении всех
соединений, отсутствии короткого замыкания на выходе, точном соблюдении
полярности включения электролитических конденсаторов и батареи), воз
можная причина заключается в том, что пусковые токи потребления вызвали
значительные моментальные импульсные напряжения. Такие же большие на
пряжения моrут возникать и после перенесения отлаженной схемы на печат
ную плату. Как правило, это указывает на то, что один или несколько элемен
тов оказались на -«грани• работоспособности (например, слишком высокое
значение тока утечки выходного конденсатора или ограничительного диода).
1О. При сш~ьном наzреве интеzрШiьной микросхемы необходимо в первую очередь
рассмотреть условия отвода тепла, поскольку нарушения тепловых контак
тов - самая распространенная причина перегрева ИС. Так, для корпуса типа
ТО-220 без теплоотводящего радиатора тепловое сопротивление составляет
50-55 °С/Вт. В схеме стабилизатора с выходным напряжением 5 В и током ЗА
( 15 Вт) со стандартным значением потерь на импульсное переключение (10%)
на интегральной микросхеме будет выделяться более 1,5 Вт. Выделяемая
энергия вызовет увеличение температуры на 75 °С, а с учетом температуры
окружающей среды общая температура корпуса превысит 100 °С (что, конеч
но, очень много). При отладке схемы можно припаять вывод корпуса ТО-220
к медной контактной площадке на печатной плате, что уменьшит тепловое
сопротивление примерно до 25 °С/Бт.
11. При плохих характеристиках стабш~изацuи выходноzо напряжения на наzруз
ке ш~и в схеме нужно производить проверку в следующем порядке:
выходной конденсатор с высоким значением последовательного эквивалентно
го сопротивления (особенно если он находится вне контура обратной связи);
ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ В ЛИНЕЙНЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ )293 I
возможные утечки через осциллограф по паразитному контуру заземления
(см. рис. 7.4 );
неверное подключение резисторов выходного делителя к токовой шине
(в схеме на рис. 7.5 представлены правильное и неверное подключения);
избыточные пульсации выходного напряжения, слишком высокая частота
переключения (при условии, что проверка дросселя в соответствии со схе
мой на рис. 7.6 уже проведена).
12. При низком значении КПД необходимо обратить внимание на диоды. Если их
быстродействие недостаточно либо они рассчитаны на меньшие токи, то КПД
будет снижаться, несмотря на работоспособность схемы. Если диоды рассчи
таны на слишком малые токи, они попросту сгорят. В большинстве схем им
пульсных стабилизаторов используются высокочастотные диоды или диоды
Шотrки. Основное преимущество диодов Шоттки - высокая эффективность.
Следует помнить, что при выходных напряжениях стабилизатора до 12 В
Диоды Шоттки обеспечивают увеличение КПД на 5% по сравнению с ВЧ ди
одами. При напряжениях свыше 12 В это преимущество менее значительно.
Кроме того, напряжение пробоя всех диодов должно превышать входное на
пряжение на величину его возможных пульсаций.
7.3. Поиск неисправностей в линейных источниках питания
Первый шаг при определении неисправностей в источнике питания, изображен
ном на рис. 7.2, - проверка схемы с использованием как основных, так и более
сложных методик. С помощью потенциометра сопротивлением 10 кОм, подключен
ного к выводу 6 И С СА3085 стабилизатора положительных напряжений при токе
нагрузки 90 мА, нужно установить выходное напряжение в диапазоне 3,5-20 В.
Если напряжение отсутствует, необходимо проверить, светится ли неоновый
индикатор при в:ключенном положении вы:ключателя сетевого питания (предва
рительно убедившись, что сетевая вилка вставлена в розетку). Если неоновый
индикатор не светится, то, вероятно, перегорел плавкий предохранитель.
Когда неоновый индикатор светится, следует проверить наличие переменного
напряжения во вторичной обмотке трансформатора (примерно 24 В на входе вы
прямителя). В случае его отсутствия надо более детально заняться трансформато
ром. При наличии переменного напряжения во вторичной обмотке необходимо
проверить выпрямленное напряжение между выводом 3 интегральной микросхе
мы САЗО85 и ~землей~. Если его нет, проблема связана с выпрямительными дио
дами. Также не исключено короткое замыкание или чрезмерный ток утечки в кон
денсаторе емкостью 500 мкФ.
При наличии постоянного напряжения на выводах 2 и 3 (примерно 25 В), но
отсутствии его на выходной клемме (вывод 8) либо невозможности его подстрой
ки в заданных пределах можно предположить неисправность в выходном конден
саторе емкостью 5 мкФ, корректирующем конденсаторе емкостью 100 пФ или ин
тегральной микросхеме САЗО85 (именно в таком порядке).
Если же выходное напряжение находится в заданных пределах, но наблюдают
ся чрезмерные пульсации либо зависимость выходного напряжения от изменения
f294 J СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИJАНИJI
напряжения питания превышает допустимые пределы (более 0,2%), неисправ
ность связана, скорее всего, с ИС СА3085 (хотя и не исключается влияние чрез
мерных утечек в конденсаторах фильтра).
7.3.1. Двухполярный источник литания с предварительной стабилизацией
Как и ранее, при поиске неисправностей в источнике питания, схема которого
приведена на рис. 7.13, необходимо прежде всего проверить схему. Следует отме
тить, что источник питания рассчитан на выходные напряжения+ 12 и -12 В, каж
дое из которых может подстраиваться отдельно. (Выводы подстройки микросхе
мы стабилизатора с тремя выводами подключены в обоих случаях к делителям
напряжения.) Если в схеме присутствует выходное напряжение, но его параметры
отличаются от паспортных, нужно проверить величины сопротивлений резисто
ров 124 Ом и 1,07 кОм.
90-1ЗОV ~
1'J11Р8М81О"О ТО1а_J
LI
~
-- ---___ .... .,., .... __. . . . . . . . . .- -f \ 111 Lfl• V11Uf~......-~-. . .-~2:a
,,
$10k
LI
JIS,.Н
AD.I
1240"
______
,......,""- - - --411" Lfl• Vcair~---+--e
.N l.I
LflCIOl-25
1on•
Рис. 7.13. Сетевой линейный двухполярный источник питания с предварительной стабилизацией
Примечание 1С рис. Все резисторы, отмеченные звездочкой, - пленочные (с точностью изготовле
ния 1% ). Интегральные микросхемы MDA201 фирмы Motoro/a. Дроссель L1фирмы Pulse Engineering,
/пс. #РЕ-92106. Транзисторы 2N6667 фирМы Darlington монтируются на теплаотводах.1jJансфор
матор фирмы Stancor Р-8685.
Если в схеме присутствует напряжение + 12 В, но отсутствует -12 В (либо на
оборот}, можно снять подозрения с половины схемы. То же самое относится к слу
чаю, когда лишь на одном из выходов наблюдаются чрезмерные пульсации или обе
половины схемы различаются параметрами выходного напряжения при измене
ниях входного. Если же оба источника имеют одинаково плохие параметры, то,
скорее всего, причина неисправности заключается в трансформаторе.
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИR f295 \
Предположим, что источник напряжения +12 В неисправен, а источник -12 В
работает нормально (при нагрузке 1,5 А и изменении входного напряжения от 90
до 130 в•. Выходное напряжение источника равно -12 В). Если напряжение +12 В
отсутствует, нужно проверить наличие переменного напряжения на входе и посто
янного напряжения на выходе интегральной микросхемы MDA201. При отсут
ствии переменного напряжения или его отклонениях от нормы следует проверить
исправность обмоток и правильность подключения трансформатора. При наличии
переменного напряжения, но отсутствии постоянного причина заключается в И С
MDA201 (либо в конденсаторе емкостью 4700 мкФ).
Если на выходе И С MDA201 присутствует постоянное напряжение, нужно срав
нить его со значением постоянного напряжения на выходе аналогичной микросхе
мы для напряжения -12 В. При этом необходимо сравнить напряжения VINo посту
пающие на обе интегральные микросхемы стабилизаторов LT1086. Если VIN для ИС
LT1086 неисправной половины источника питания ( + 12 В) отличается от аналогич
ного напряжения на входе микросхемы исправной половины ( -12 В), можно пред
положить неисправность транзистора Q1 или связанных с ним элементов, таких
как дроссель L1, ИС LT1011, диод MBR360 или конденсатор емкостью 1000 мкФ.
Если же постоянные напряжения одинаковы на входных выводах V IN обеих ИС,
но выходное напряжение + 12 В отсутствует либо отличается от нормального зна
чения, следует предположить неисправность выходного конденсатора емкостью
100 мкФ, диода D1, ИС LT1086 или стабилитрона LT1004 (именно в приведен
ном порядке). Если утечки стабилитрона очень велики, либо он полностью неис
правен, напряжения на выводах VIN ИС LT1086 будут отличаться друr от друrа.
7.4. Описание схем источников питания
7.4 .1 . Схема управления МДП транзисторами
На рис. 7.14 приведен пример использования интегральной микросхемы МАХ620
для управления мощными переключающими и управляющими схемами. Схема
перекачивания заряда вырабатывает стабилизированное выходное напряжение,
которое на 11 В превышает напряжение питания Vсе• подаваемое на ИС. Схема
управления передает входной лоrический сигнал уровня ТТЛ/КМОП на свой
неинвертирующий выход, на котором амплитуда сигнала увеличивается до значе
ния повышенного стабилизированного напряжения. Выходной ток схемы управ
ления достигает 25 мА, ток покоя составляет 70 мкА. Для ИС МАХ620 необходимо
использовать три внешних конденсатора накопления заряда. В интегральной мик
росхеме МАХ621 конденсаторы С1, С2 и СЗ находятся внутри корпуса. (См. ~мa
xim New Releases Data Book~, 1992, р. 4-19.)
7.4.2. Мостовая схема управления двигателем постоянного тока
На рис. 7.15 приведен вариант использования интегральной микросхемы МАХ620
для управления мостовым переключателем, который задает направление враще
ния электродвигателя постоянного тока, питающегося напряжением +5 В. При
1 Трансформатор рассчитан на стандарпюе для Англии и США входное напряжение 110 В.
j296 / СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
•5V
12
сз
Vcc V+
+ 1μf
11
CI+
С2+
+SV
С1
AllAXIA4
0047,μF 10 CI- МАХ620С2-
15 IN1
16 ttQ
IN3
4IШ
Рис. 7.14 . Схема уnравления МДП транзисторами
Примечание к рис. ИС вьтол1lеНьt в моском корпусе с двухряilньtМ расrюложением выводов (DIР
корпус). ИС МАХ620 также имеет вариант исполнения в малоzабаритном корпусе (SО-корпус)
Здесь и далее, если не оzоворено иное, маркировка вЬLводов микросхем приведена для вида сверху.
выборе входа, задающего прямое или обратное вращение, соответствующая пара
выходов ИС включает управляемую ими пару силовых транзисторов, которые
пропускают ток через электродвигатель, обеспечивая его вращение в выбранном
+5V
OllJF
12
КSраммчеwli I
Vcc v.
-
11
с1.
с2.
С1
..N IAXl.All
0047j,if
МАХ620
CI-
С2- 13
IRFZ«I
IRFZ«I
15 \Н1
ОUТ1 1а
+SV
Clnen К1 вращеtМе
~
rю ча:. стрелке
16 IN2
OUT2 17
3
Э1$;1JЮАВМгатель
IN3
оuтз
ГЮСТО1ИО'О ТО18
Clnen на вращеtМе
IRFZ«I
11ХПМВ '8:. crpelQ
СIШ
ОUТс 1
ёЕ
GND
-=
-=-
Рис. 7.15. Схема управления двигателем постоянного тока
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ (297 i
направлении. Для предупреждения одновременного включения всех четырех МДП
транзисторов необходимо определить состояние входов прямого или инверсного
вращения перед подачей на вход СЕ разрешающего низкого уровня сигнала, не
допуская подачи управляющего сигнала на прямое и обратное вращение одновре
менно. Нельзя использовать источник питания, который может вызвать на затво
ре управляющее напряжение, превосходящее максимально допустимое напряже
ние затвор-исток. (См. ~мaxim New Releases Data Book» 1 1992, р. 4-27 .)
7.4 .3. Система управления шаговым двигателем
На рис. 7.16 приведен пример использования интегральной микросхемы МАХ620
в качестве схемы управления шаговым двигателем. Сигналы логических ТТЛ/
КМ ОП схем преобразуются в сигналы с повышенным напряжением, которые
управляют четырьмя силовыми N-канальными МДП транзисторами, задающими
ток в каждой из четырех обмоrок шагового двигателя. Диоды обеспечивают путь для
разряда обмоток двигателя. (См. ~мaxim New Releases Data Book~. 1992, р. 4-28.)
1l
Vcc
V•8
Рис. 7.16. Система управления четырехфазным шаговым двигателем
7.4.4. Источник питания, повышающий напряжение
На рис. 7.17 приведен пример включения интегральной м~кросхемы МАХ622 для
получения стабилизированного выходного напряжения, которое на 11 В превы
шает напряжение источника питания. Подобный источник необходим прежде все
го для питания схем переключения и управления повышенным напряжением. Вы
ходной ток составляет 25 мА, типичное значение тока покоя - 70 мкА. На рис. 7.18
1298 j СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
представлена схема проверки тока потребления в режиме покоя. И С МАХ62::.
имеет внутренние конденсаторы накопления заряда. Логический сигнал на выход€"
PR (источник готов к работе) появляется, когда повышенное напряжение достигает
необходимого уровня. (См. •Maxim New Releases Data Book•, 1992, р.р. 4-31, 4-37.)
D.1pf
~J
С1
а
+3,5".+16,5 v
8
GNo
4
vм5
PR
С3
+12,5" . +27,SV
Рис. 7.17. Исrочник пиrания, nоеыwающий наnряжение
•
1.С.
LC.
Vcc
1.С
IC.
IC.
Vouт
Примечание к рис. ВИС МАХ62З JСонденсаторы С1, С2 и СЗ размещены внутри mpnyca. Интеz
ральные микросхемы выполнены в плоском корпусг с двухряднЬIМ расположением выводов (DJP-'l(()p-
пyc). Есть также вариант исполнения ИС МАХ622 в малоzабаритном корпусе (SО-корпус).
Uлкr.
v
С2
D.047)&F
С2
0047,llf
8
С3
1-0ilf
Vtc Vсм 5
7
С1·
AUXIAI
1 С2+ МАХ622
4
Uпит.
Рис. 7.18. Схема проверки тока потребления в режиме покоя
14
Vcc
v
GNo
7.8
._____ _
Примечание к рис. Конденсаторы С4 и С1 должны иметь низкое значение зквивалентноzо последо
вательноzо сопротивления (ЭПС).
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ l299 I
7.4.5. Переключатель с открытым выходом
В схеме на рис. 7.19 ИС МАХ623 используется как компаратор-переключатель.
Переключатель включается при приложении на вход Вкл/Оr:кл напряжения VВАТТ
и выключается при замыкании этого входа на ~землю~. (См. ~Maxim New Releases
Data Book•, 1992, р. 4-38.)
9
10
V0U1
Vм
14
Усе
PR
I~~~и МАХ1А11
МАХ623
GNo
GND
Рис. 7.19. Переключатель с открытым выходом
7.4.6. Преобразователи напряжения
01
6 1N914
R2
100k
R1
100k
/RFS40
Rнarp.
На рис. 7.20 представлены ИС преобразователей МАХ680 и МАХ681, используе
мые в качестве конвертеров напряжения, преобразующих входное напряжение +5 В
в выходное ±10 В. Диапазон изменения входного напряжения - от +2,0 до +6,0 В.
КПД преобразования по напряжению составляет 95%, а преобразования по мощ
ности - 85%. Ток потребления - 500 мкА. Типичные значения выходных импедан
сов источников - 150 Ом, при этом обеспечивается полезный выходной ток до 1О мА
Для ИС МАХ681 не требуется внешних конденсаторов. На рис. 7.21 приведена
схема проверки, а на рис. 7.22 и 7.23 - графики характерных результатов тестовых
испытаний. (См. ~Maxim New Releases Data Book•, 1992, р. 4-141.)
7.4 .7. Преобразователь положительного и отрицательного напряжений
На рис. 7.24 показан пример использования интегральной микросхемы МАХ680
в качестве преобразователя положительноm и отрицательного напряжений. Кон
денсаторы С1 и С3 должны иметь рабочие напряжения 6 В или более, конденсато
ры С2 и С4- не менее 12 В. При использовании ИС МАХ680 с низкими значе
ниями тока нагрузки емкости конденсаторов С 1 и С2 могут быть уменьшены до
1 мкФ, а емкости конденсаторов СЗ и С4 - до 4,7 мкФ. (См. ~мaxim New Releases
Data Book•, 1992, р. 4-144.)
1зоо 1 СХЕМЫ источников ПИТАНИЯ
V•
Cl-
CI-
С2•
С2-
С2- •
V•
CI•
Vcc
6ND
14 Vcc
Vcc
1 Vtc
Vcc
V+
6110
'" 5V
•.1, ,F
4.7,,F
"Земnя"
•ЬV
CI• Vcc
V•
•10V
f:l.. _ AJCI-
CI• MA1t680
V-
-IOV
С2-
4.7 ,,F
611D
"Земля"
1
Vcc
V•
•tOV
_
... :к._
МА1tб81
v-
-
-I OV
-
lltD
1
"Земля"
"Земnя·-------------
Рис. 7.20. Преобразователи напряжения
Примечание к рис. В конвертере МАХ681, включенном в качестве преобразователя постоянноzо на
пряжения +5 В в напряжение ±10 В, используются толы<о четыре вывода. Маркировка выводов мик
росхем соответствует виду сверху. ИС МАХ680 выполняется в rиюско.w корпусе с двухрядным ра.с
положение;ч восы11и выводов (DIР-корпус) wiu в малоzабаритном корпусе (SО-корпус).
Рис.7.21
.__---------------Выщц·U
Схема проверки преобразователя напряжения
61
;; 8 ...,,.-=-r....,..~---P...~~--t
~ , .__..,,.....,...,.._,~~.---+-8111111111~
;::)
4 __......._ ______
_
8
10
11
TOk наrрузlСИ, mA
вl
f.I
u
4.D
u
U.nкr•• V
Рис. 7.22. Рабочие характеристики микросхемы МАХ680: а) зависимость выходного сопротивления
Rвых°Т напряжения Unит; б) зависимость выходного напряжения Uвых от тока нагрузки IL; в) зависимость
тока питания от U
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ l301 j
а
j ISD
.----------
-!IO
-n
•
+n +ICI +71 +ISD +111
T.' t
в)1ioo
l ISD t-t--+-+---+-::...:1----+--:~~-;.,a
i..
,-~~
11
n
Рис. 7.23. Рабочие характеристики микросхемы МАХ681: а) зависимость выходного напряжения от
выходного тока; 6) зависимость выходного сопротивления источника от температуры; в) зависимость
напряжения выходных пульсаций от выходного тока
Z2.11F
._ __
_....ICl-
___
z:otQ•
1:2 • Z2.11F 3 1:2-
-----0 44 v-
hlAXlhl
МАХ680
•С4
12..F
-------------41~--+Вwх. u-
Рис.7.24
Преобразователь положительного и отрицательного
напряжений
7.4.8. Быстродействующие драйверы МДП транзисторов с токами до 1,5 А
На рис. 7.25 приведены основные схемы включения для ИС драйверов МАХ4426/
27/28. Эти ИС быстро заряжают и разряжают емкости затворов мощных МДП
транзисторов. Типичное значение выходного сопротивления составляет 4 Ом, вре
мя задержки - 10 нс для tш и 25 нс для tD2 (см. рис. 7.26), максимальное значение
выходнnго тока - 1 .5 А, типичное время нарастания и спада выходного импульса -
20 нс при емкости нагрузки 1000 пФ, диапазон рабочих напряжений - +4,5 ... + 18 В,
а потребление тока - 1,8 мА при наличии сигнзла логической 1 на выходе и 200 мкА
при логическом О на входе. ИС совместимы с ТТЛ/КМОП схемами и в состоянии
выдерживать обратный ток более 500 мА. На рис. 7.26 представлены проверочная
схема и формы входных и выходных сигналов. (См. «Maxirn High-Reliabllity Data
Book~, 1993, р.р. 4-5, 4-6.)
7.4 .9 . Повышающие ШИМ стабилизаторы
На рис. 7.27 дан пример включения ИС МАХ732 и МАХ733 в качестве повышаю
щих стабилизаторов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Типичное зна
чение КПД для ИС МАХ732 составляет 82-87%, а для ИС МАХ733 - 85 -95%. На
рис. 7.28 показана конфигурация выводов микросхем. В табл. 7.1 приведены зави
симости гарантированного выходного тока от напряжения питания. (См. «Maxirn
Нigh-Reliabllity Data Book~, 1993, р. 4-65.)
lзo2 I СХЕМЫ источников ПИТАНИЯ
----- --4 "71tfL-f 11\li
..мАХUИ
"::'
МАХ4426
Вход --t , _ _ --i ~---1-- Выход
А
Вход--а---t
в
Рис. 7.25. Быстроnействующие nрайверы МДП транзисторов
Примечание" рис. Маркировка вwводов микросхем соответствует виду сверху. ИС вwполнеНfJI
в n!lоско.м корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (DIP-кopnyc) wzи в мaлozaбapumнOJJ
корпусе (SО-корпус).
Вход
Вход
Voo•+18V
r-_..._4_.7J& Ч 0.1μF
.AllAXIAI
МАХ4428
>---+-.....-
Выходной смrнап
1000pf
>--+- .. . .- Выход1о1 сиrнаn
1000pf
Рис.7.26
Проверочная схема драйвера МДП транзис·
торов
Примечание" рис. Время нарастtlния и спада
входноzо импульса составлsют 5 нс.
ОПИСАНИI СХЕМ источников ПИТАНИЯ /зоз 1
С2
+сз
---~--0....1Jlf~ ~ 1~
а) В..
1 1ii'
ах.-•----.......-.~"вы.од-.
А4АХ1А4
llAX132
llAX133
D1
1N5817
Vм~1--------·
б)
1-~-=i
Рис. 7.27 . Пример включения ИС МАХ/32 и M/\i.733: а) повышающий ШИМ стабилизатор;
б) рекомендуемый выходной фильтр нижних частот
ПрuмRDНие х рис. Обозначения выводов на схеме показаны в соответствии с .маркировкой a.u кор
пуса с восемью выводами.
Та&пица 7.1 . Зависимость Г?рантировонного выходного тока от напряжения питания
Микросхема
МАХ7З2
МАХ7ЗЗ
Диапазон входноrо
напраения, В
4.S-9.З
6,0-9,З
4,5 -11
6,0 -11
Рис. 7.28. Расположение выводов ИС М/\i.732/733
Вь1ходное
напр1DКение,. В
Гарантированный
выходной ток, мА
+12
+12
+15
+15
YREF 4
N.C.5
N.C .I
ss7
N.C. I
150
200
100
200
.мАХIМ
NAX132
АIАХ1ЗЗ
18 Vour
17N.C.
11 LX
15 N.C.
14 N.C.
П~ х рис. Конфиzурация выводов микросхем соответствует виду сверху. НС 1LМеХ8 . _
еарштта исполнения: в плоском керамическом корпусе с двухрядным расположением восы8 .-1 -
(CERDIP~1'opngc) либо в плоском 1'0рпусе для безвыводноzо кристаллодержате.u (LCC~)
с двадцатью контаюпами. Выводы, обозначенные •N.C.•, не подк.тоtlаются.
lз04 I СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
7.4.10. Источник питания на 12 В для программирования флэш-памяти
На рис. 7 .29 интегральная микросхема МАХ734 включена в качестве исrочника
питания для программирования флэш-памяти. Типичное значение КПД равно
85%. ИС также имеет лоmчески управляемый вывод отключения (SHDN), позво
ляюоnm осущесrвлять управление непосредственно от микропроцессора. (См. ~мa
xim High-Reliability Data Book•, 1993, р. 4-65.)
Ua---------
+4.75 ••. +128
+
ЗЗJаfт
V+
VPP
1N5817
0.001taf +
I~
се
GNo
Рмс.. 7.29. Источник питания на 12 В для nроrраммирования флэш-памяти
Пр~t..М~е к рис. Маркировка выводов ми1'росхемы приведена для вида сверху. НС вьтолнена
в n.laaQ..lf юрпусе с iJвухряднWt расположением восьми выводов (DIP-1'opnyc) шив малоzабаритном
rropnya (SО-корпус).
7.4.11. Понижающий ШИМ стабилиэатор
В схеме на рис. 7.30 приведен пример включения ИС МАХ724/26 в качестве по
нижающего стабилизатора. На рис. 7.31 и 7.32 показана маркировка выводов мик
росхем. В табл. 7.2 представлены телефоны фирм, производящих перечисленные
компоненты. (См. ~мaxim Evaluation Кit Data Book•, 1994, р.р. 3-125, 3-131, 3-139.)
7.4.12. Преобраэователь положительного напряжения в отрицательное
На р11с. 7.33 показан вариант включения интегральной микросхемы МАХ724 для
преобразования постоянного положительного напряжения от +4,5 до +40 В
в..
10-40V
(10-00V)
Vsw
tщ,f ~
Ус ~FВ1---1----•
(11АХ126Н)
GNo
Рис.7.30
Понижающий ШИМ стабилизатор
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ J305 j
Табnица 7.2. Перечень использованных компонентов и их поставщиков
Элементы для поверхностного монтвжа (обычно для токов не более 2 А)
Дроссели
Конденсаторы
Диоды
Sumida Electric- серия CDR125
США
Япония
Coiltronics - серия СТХ
США
Matsuo - серия 267
США
Япония
Sprague - серия 590
США
Motorola - серия MBRS
США
Nihon - серия NSQ
США
Тел.: (708) 956-0666
Тел.: (03) 3607-5111
Факс: (03) 3607-5428
Тел.: (305) 781-8900
Факс: (305) 782-4163
Тел.: (714) 969-2491
Факс: (714) 960-6492
Тел.: (06) 332-0871
Тел.: (603) 224-1961
Факс: (603) 224-1430
Тел.: (602) 244-6900
Тел.: (805) 867-2555
Факс: (805) 867-2698
Элементы для монтажа в сквозных отверстиях печатных плат
Дроссели
Конденсаторы
Диоды
МAXIAI s
МАХ124 4
о МАХ124НМАХ126 3
МАХ126Н 2
01
Sumida Electric - серия CDR125
Cadell-Burns - серии 7979, 7300,6860 , 7200
США
Renco - различные серии
США
Coiltronics - различные серии
Nichicon - серия PL (электролитические,
с низким ЭПС)
США
United Chemi-Con - серия L.XF
США
Sanyo - серия OS-CON
(органический nолуnроводник, низкое ЭПС)
США·
Япония
Общего применения. 1N5620 - 1N5825
Motorola - серии MBR и MBRS
1 Viн
Рис. 7.31
Телефоны см. выше
Тел.: (516) 746-2310
Факс: (516) 742-2416
Тел.: (516) 586-5566
Факс: (516) 536-5562
Телефоны см. выше
Тел.: (708) 843-7500
Факс; (708) 843-2798
Тел.: (708) 696-2000
Факс: (708) 640-6311
Тел.: (619) 661-6322
Тел.: (0720) 70-1005
Факс: (0720) 70-1174
Телефоны см. выше
1
1 GND
vsw Расположение выводов МАХ.724/726 в пластмассовом
корпусе
1
1F8
Ус
Примечшше крис. Ма[ЖUровка выводов .микрос.хе.мьt соот
ветствует виду спереди. ИС выпалнена в корпусе транзи
сторною типа ТО-220 с пятью выводами. Корпус соединен
с заземляющим выводам.
1зо6 I СХЕМЫ источников ПИТАНИЯ
.м.юо.м Рис. 7.32
=~ Расположение выводов МАХ.724/726 в металлическом
МАХ/26
корпусе
1МХТ26Н
~-'-~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхемы со
ответствует виду снизу. ИС выполнена в корпусе тран
зисторного типа ТО-З с четырьмя выводами. Корпус со
единен с заземляющим выводом. Чтобы заказать ИС,
необходимо связаться с производителем.
в постоянное отрицательное напряжение -5 В с выходным током до 1 А. Конфигу
рация выводов ИС приведена на рис. 7.31 и 7.32; список поставщиков компонентов
представлен в табл. 7.2. (См. •Maxim Evaluation Кit Data Book~, 1994, р. 3-138.)
R3
2.7411
С2
\(Щ&f
1ОУ
R4
1.121с
~
1А
Рис.7.33
Преобразователь положительного напряжения
в отр~.щательное
Примечание к рис. D1 - MBR745 фирмы MO-
TOROLA, С1 - UPL 1С221МRН6 фирмы NICНl
CON, С2 - UPL 1А 102MRH6 фирмы NICНICON,
L1 - СГХ25-5-52 фирмы COJLTRONICS; все рези
сторы имеют точность исполнения не менее 1%.
7.4.13. Повышающий преобразователь отрицательного напряжения
На рис. 7.34 приведен вариант включения интегральной микросхемы МАХ724 для
преобразования постоянного отрицательного входного напряжения от -5 до -15 В
в постоянное отрицательное выходное напряжение -15 В. Конфшурация выводов
F8 ..---~----41
АUХ1.М
МАХ724
0.01pf
~~=--------~-'
-5 .•• -15V
Uвых.
Рис.7.34
Повышающий преобразователь отрицаrельна-
- 15 V га напряжения
ОПИСАНИЕ СХЕМ источников ПИТАНИЯ lзo1 I
ИС показана на рис. 7.31и7.32, список поставщиков компонентов представлен
в табл. 7.2 . (См. ~мaxim Evaluation Кit Data Book•, 1994, р. 3-138.)
7.4.14 . Модуль программирования флэш-памяти
На рис. 7.35 приведен пример использования интегральной микросхемы МАХ1732
в качестве модуля программирования флэш-памяти (120 мА). Функция этой схе
мы аналогична выполняемой схемой на рис. 7.29, но здесь используется только
один внешний конденсатор. Ток покоя составляет 1,7 мА, ток в режиме отключе
ния - 70 мкА. (См. ~мaxim New Releases Data Book•, 1994, р. 4-15.)
+4.5 ••• +6V
ВХQА----1-.2
V+
Упр. -..~д 10 ~м
·Oiiii./llltn:
~
Уоuт
AtAXl..М
МАХ1132
INPUТ OUTP\JT
GNO
GND
"
5
11 +12\l.120mA
Вы1!од
Рис. 7.35. Модуль nрограммирования микросхем флэш-памяти
JИАХ1М
МАХ1l32
Примечание к рис. Конденсатор •мяtкоzо• пуска, обозначенный звездочкой, - это рекомендуемый
элемент схемы. Маркировка ИС МАХ1732 соответствует виi)у сверху. Модуль выnОJ1нен в плоском
корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-кopnyc). Полоска на корпусе идентифицирует
выводы 1 и 14. Выемка в низу корпуса распй.llожена напротив вывода 1. Маркировка •l.C .• обознача
ет внутреннее соединение. К этим выводам не разрешается делать подключения.
7.4 .15. Понижающий преобразователь
На рис. 7.36 приведена схема модуля преобразователя мощностью 2,5 Вт на основе
интегральной микросхемы МАХ 1738, в которой не используются внешние элемен
ты; а также ее характеристики и осцилограммы сигналов. В табл. 7.3 приведены зна
чения гарантированного выходного тока И С от напряжения питания, а в табл. 7.4 -
описания выводов. Ток потребления без нагрузки равен 1,7 мА, ток в режиме отклю
чения - 60 мкА. Типичное значение напряжения пульсаций - ±30 мВ, для снижения
пульсаций рекомендуется применять выходной фильтр, показанный на рис. 7.37.
(См. ~мaxim New Releases Data Book•, 1994, р.р. 4-23, 4-25, 4-26.)
Та611мца 7.3 . Зависимость гаронтированного выходного тока от напряжения nитания
диапазон входных наnр11•енмА nмтанм•, В ГарантировенныА выходной ток, мА
б,б-16,0
зоо
10,2-1 б,0
500
1зоа1 СХЕМЫ источников ПИТАНИЯ
ot~
+16,0. .. +16,бV 11
-----11v.
в)
18
l4
1
1ll
!
аа
'~
••'°
12
,___ ...,. .,v
eJ
Выход
Vour ._ s ____+ _sv±5%
А4АХ1А1 Vour
МАХ17З8
Vour
GND
GND
1 ......_ .....,.._ _ ,
r)
100
14 16
жl
6
V+•66V
1
-
-
--
1
1
.,._
\'+ •1ZV
......
/-
V:•16V 1~
v
б)
д)
i
i
1
1
---,
.---n
А
1
L1
-
-, -1 - -+-+ -+ -+-+ -+-t
--
---i-
GND
-
1.С.
,А111АХ1А1
МАХ1138
Vour
Vllf
Vour
520
·500
tlO
420
1
1012м11
...... ...... ,..,v
зl
~---
~-
А
I
•
_J
Рис. 7.36. Схема модуля преобразователя но ИС МР\1..1738 (oj; расположение выводов ИС (б); рабочие
характерисrнкн: в) зависимость тока потребления от напряжения питания; r) зависимость КПД оттока
наrрузки; .oJ зависимость моксимольноrо значения выходного тока от напряжения питания при различных
значениях темnераrуры окружающей среды ТА; е) переходный процесс при воздействии одиночного
входжхо импульса; ж) характеристика переходного режима при изменении нагрузки; з) осциллограмма
формы выходного напряжения и отключающего импупьса при переводе в закрытое состояние
П]JIUU'UlНWI к рис.:
1. На рис. 7366 цоколевка ИС МАХ17З8 приведена для вида сверху. Модуль выполнен
в nАОСХОМ корпусе с двухрядным расположением выводов (DIP-кopnyc). Полоска на корпусе
идентифицирует выводы 1 и 14. Выемка в низу корпуса расположена напротив вывода 1. Мар·
к.ировка •l.C.• обозначает внутреннее соединение. К этим выводам не разрешается делать под
ключения.
2. Ра~ характеристики и осцWL!lоzра.ммы на рис. 7З6в-з приведены для Стtlндартной ИС, тем·
пература окружающей среды во время испытания состав.ляла 25 ·с, напряжение У+ - 12 В, если
на zрафшшх не указано иное значение.
З. На рис. 736е: А - входное напряжение, 5 В/дел; В - выхоОное напряжение, 100 мВ/дел; теж на·
zрузки равен 250 мА.
4. На рис. 736ж: А - бросок вшодноzо тока от 25 до 250 мА, 100 мАjдел; В - выходное напряже·
ние, 50мВ/дел.
__
5. На рис. 7Збз: А - вЬLХодное напряжение, 2 В/дел; В - входной сиzнал SHD N перевода в режим
отключения, 2 В/дел; ток наzрузки составляет 200 мА.
ОПИСАНИЕ СХЕМ источников ПИТАНИЯ l309 I
Таблица 7.4 . Назначение выводов микросхемы МАХ 1738
Номер вывода Обозначение Назначение
1,4
GND
осЗеМЛЯ•. Подключить оба вывода к «Земле»
2,3,8,12,13,14 1.С.
Внутреннее соединение. Не делать никаких nодключений
к этим выводам
5,6, 7
9
10
11
V+
Выходное напряжение +5 В. Выход не изолирован от источника
входного напряжения. Соединить все выходные выводы вместа
Выход опорного наnряжения + 1,23 В. ОСSесnечивает ток внешней
нагрузки до 100 мкА. При наличии внешней нагрузки nодключить
этот вывод через конденсатор 0,01 мкФ к «земле•
Отключение. Для нормальной работы этот вывод nодключить к V+.
Для отключения - соединить с «землей•. В отключенном состоянии
выходное напряжение равно нулю
Входное напряжение питания
МАХ1738 ~ Выходфильтра
U11ЫХ.
22μН .l_
--
'"Земля"
I 22/lf
Рис. 7.37. Рекомендуемый выходной фильтр
7.4 .16. Модуль, преобразующий напряжение +5 В в ±12 или ±15 В
На рис. 7.38 показана схема модуля преобразователя на интегральной микросхеме
МАХ1743 мощностью 3 Вт без использования внешних компонентов. Модуль
обеспечивает ток нагрузки 125 мА при напряжении ±12 В или 100 мА при напря
жении ±15 В. Режим работы (±12 или ±15 В) устанавливается переключением
перемычки на выводе 4 микросхемы. На рис. 7.39 представлены рабочие характе
ристики И С. В табл. 7.5 дано описание выводов И С. На рис. 7.40 рассматривается
возможный вариант перевода микросхемы в ждущий режим. (См. ~мaxim New
Releases Data Book~, 1994, р.р. 4-27, 4-29, 4-30.)
Таблица 7.5 . Назначение выводов микросхемы MAXJ 743
Номер вывода Обозначение Назначение
2,3
4
5,6, 11. 16-20
7, 12, 21, 22. 23
в.9,10
SS
Исnользуется для "мягкого• запуска. При включении на выводе V+
nроисходит бросок тока до 1,5 А. в течение nриблизитально 2 мс,
nока не настуnает стабилизация выходного напряжения.
Подключение доnолнительного конденсатора О, 1 мкФ между
выводом SS и •землей" nредотвращает 15росок тока, но увеличивает
время установления ста15илизированного выходного наnряжения
nримерно до 60 мс
V+
12/1'5
/.С.
GND
Vo-
Входное напряжение +5 В
Вывод для выбора величины выхоДЖ)Го налрRЖения ±12 или ±15 В.
Подключениа вывода 4 к V+ дает выходное наnряхение ± 12 В,
подключение к •земле• - ± 15 В
Выводы исnо11ьэованы для~ соединений.
Не разрешается выnоnнАТЪ к н... IСЗJ(Ме-Лмбо подключения
"земля•
Отрицательное выходное напряжение. -12 В, если вывод 12/ТS
nодключен кV+, и-15 В, если вывод 12/ТS подключен к •земле•.
Вывод имеет защиту от короп:оrо замыкания
13101 СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Таблица 7.5. Назначение выводов микросхемы М~1743 (сжончанне)
Номер вывода Обозначение Наэначениа
13, 14, 15
24
8Q
Ч,5 ..• +5.SV
·12-·15V
а...
vfllEf'
ss
2V•
V+
12115
Положительное выходное напряжение. +12 В, если вывод 12/rn
включен к V+, и + 15 В, если вывод 12/rn подключен к •земле•.
Вывод не имеет защиты от короткоrо замыкания. Нельзя замыкать
на любую точку схемы, потенциал которой ниже V+
Выход опорноrо нвпряжения +2,0 В. Подача на вывод VllEF
напряжения V+ переводит МАХ1743 в режим ожидания с малым
током, при этом V0+ будет меньше V+ нв величину падения
напряжения на диоде Шоттки, а V0- будет равно потенциалу •земли•
5 1.С. .мАХ1М /.С. 20
V+
12115 4
1.С.
LC,
Gll)
Vo-
Vo-
1.С. МАХ1743 1С. 19
GND
1.С. 18
Vo-
Vo-
Vo-
1.С.
GNO
.мАХ1JИ
МАХ1743
1.С. 17
1.С. 1е
Выход
+12 ИllM +15V
Рис.7.38
Модуль преобразователя +5 В в ±12/15 В
Примечание крис. Чтобы выбрать ре·
жим работы. необходимо соединить
переМЬ1чкой вывод 4 с выводом (V+) для
получения выходною напряжения ±12 В
ши с выводом GND (земля) для полу
чения выходпоzо напряжения ±15 В.
Маркировка выводов интеzральной
микросхемы МАХ174З приведена для
вида сверху. Модуль вьтолнен в плоском
корпусе с двухрядным расположением
выводов (DIP-кopnyc).
7.4 .17 . Быстродействующий одиночный МДП драйвер на ток 6 А
На схеме (см. рис. 7.41) представлен вариант включения иmеrральной МИКJХ>СХемы
МАХ4429/МХТ429 в качестве преобразователя входного сигнала уровня ТГЛ/
КМОП в высоковольтный выходной сигнал с большим током. Выходное сопро
тивление равно 1,5 Ом при токе 6 А Время задержки составляет 40 нс, время на
растания/спада выходного импульса - 25 нс (при емкости нагрузки 2500 пФ). На
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ [!!!)
а)
..,,_25~
-+---11~...."--~~....~~
+15V
-+---t-+--+--+--+--t-+---+-- ..,,...100~
-+~~+--f--Нl~---4-+--++- .. ,, . .. 10 0~
-1 5V
- -f "--t....~it;::;r-~~:.-t...a.1>-
..,,... 2511\А
в)
r)
.,.
11
85
•
75
if 10
15
11
15
11
~..-!'- .
~
'\
'
\
\
>
13.0
12.5
112.0
11.5
111.0
10.S
6)
18
11
- 1•Vo-
15
>1_ 14
13
J12
\\
VDt. \
\
\'
\
11
10
о 2.0 40 ео ео10012.01401ео
11
-t1Vo-
"'\
IVDtl\
'
TOI IWJJPDI, ~
д)
.,.
1О
85
ео
75
if JO
15
ео
!5
v - .....
......
"'""
'
~
'
\
511
о20408080100120140180
10.О о 20 40 80 80 100 120 140 180180
TOIC~.~
80
о20408080100120140• ,.,
Тое~~
TOl18JJY31111.~
Рис. 7.39 . Робочие хороктеристики интеrрольной микросхемы MAXl 743:
о} пульсоции выходноrо ноnряжения nри постоянной ногруэке 75 мА и кратковременной наrруэке.при то
ках 25 и l 00 мА; 6) эовисимость выходноrо нопряжения от токо наrрузки (режим± 15 В}; в} зависимосn.
КПД от токо ноrруэки (режим ::1:: 15 В); r) зовисимость выходноrо нопряжения от rоко ноrруэки (режим± 12 8t
д) зовисимость КПД от токо наrрузки (режим ±12 В)
Примnmшя "рис.:
1. Осцил.лоzрамма и остальньrе зависимости снимались при V+ - 5,0 В и температуре окру~
среды25 ·с.
2. На рис. 7.З9в и 7.З9д наzрузка изменялась от V0+ до V0_.
1CD
e----tV+
AIAXl.М
МАХ1143
Рис.7.40
Вариант переводо микросхемы в :ждущий peЖJW
При.мАание "рис. Сиzналы КМОП .юпш~ cu..- fl l ·
О - ждущий режим, 1 - нормальНШl pafI08tJ.
рис. 7.42 приведена схема проверки временных характеристик Диапазон напря
жения питания - 4,5-18 В, изменения выходного напряжения происходят между
25 мВ от напряжения V 00 и 25 мВ от потенциала ~земли•. (См. •Maxim New Relea-
ses Data Вооk•, 1994, р.р. 4-31, 4-35.)
f312 I СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
VD0·18V
Рис. 7.41. Быстродействующий МДП драйвер
Примеttание к рис. Маркировка выводов микросхем соответствует виду сверху. ИС выполнены
в тоском корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (DIP-кopnyc) ши в малоzабаритно.w
корпусе (SО-корпус). Выводы, обозначенные ~N.C.•, не имеют подк.точений внутри корпуса.
Voo•18V
i4.1μf
~ -----------------i
8XQA
0.11Jf
8XQA _ ...__ _
- --1 ID1
~ +18V -------------
IЬDIDД
(МАХЩО) rн----•
Рис. 7.42 . Схема проверки временных характеристик
Вход
2-3.бV
0.22aif
.МАХl.М
IN
МАХ619
StION
ВЫход
5V
OUll~--....~11ntA
CXIA
СХ2А
0.22\lf +
CXIB
СХ2В
GND
I~
Рис. 7.43. Преобразователь напряжения с перекачиванием заряда
CXIA 1
IN
OUT
СХ2А
СХ18
StГDN
GND
СХ28
Примеttание к рис. Маркировка выводов микросхем соответствует виду сверху. ИС выполнена
в шоском корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (DIР-корпус) ши в малогабаритном
корпусе (SО-корпус).
ОПИСАНИЕ СХЕМ источников ПИТАНИЯ lз1з I
7.4.18. Преобразователь напряжения с перекачиванием заряда
На рис. 7.43 приведен вариант подключения интегральной микросхемы МАХ619
в качестве преобразователя постоянного напряжения, выходное напряжение ко
торого равно 5 В при токе 15 мА, а входное составляет 2-3,6 В. Ток покоя - не
более 150 мкА, ток в режиме отключения - 1О мкА. В схеме использованы два
недорогих конденсатора. (См. ~Maxim New Releases Data Book~. 1994, р. 4-37.)
7.4.19. Р-канальный линейный стабилизатор с малым падением
напряжения
На рис. 7.44 приведена схема линейного стабилизатора на интегральной микро
схеме МАХ684. Выходные напряжения ИС составляют: для МАХ682 Uвых = 3,3 В;
для МАХ683 Uвых = 5,0 В; для МАХ684 Uвь~х = 3,3 В; для МАХ685 Uвых = 3,0 В.
Диапазон напряжения питания - 2,7-11,5 В, максимальное падение напряжения
равно 300 мВ при выходном токе 200 мА. Максимальный ток покоя составляет
15 мкА, ток в режиме отключения - не более 1 мкА. (См. ~ Maxim New Releases Data
Book~, 1994, р. 4-49.)
Выход
Вход
"
OUJ
J.JV
Режим
..МАХl..М
lif +
~
sm UAX684
::r::
Ekn.JВыкn.
1.81
L801
}--
LBI
--{
разр11Д3 батарей
разр11Д3 батарей
GND
lВ12
LВО2
ею
Рис. 7.44 . Р-канальный линейный стабилизатор с малым падением напряжения
Лримеttание "рис. Маркировка выводов микросхем приведена для вида сверху. ИС вьтол11ены в плос
ком корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (DJP-кopnyc) шив малогабарит11ом кор
пусе (SО-корпус).
7.4.20. Перестраиваемый инвертирующий ШИМ стабилизатор на -5 В
На рис. 7.45 приведена схема основного варианта включения интегральной мик
росхемы МАХ735, которая обеспечивает выходное напряжение Vоuт = -5 В с то
ком нагрузки 200 мА при входном напряжении V1N от +4,0 до +6,2 В. На рис. 7.46
представлена соответствующая схема, в которой использованы элементы для по
верхностного монтажа. В схеме на рис. 7.47 использованы элементы, предназна
ченные для монтажа на печатных платах со сквозными отверстиями (при темпе
ратурах, принятых для гражданского и коммерческого использования), в схеме
на рис. 7.48 - для применения во всех температурных диапазонах. В табл. 7.6
l314 j СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Вщ11
+4 ... +6.2V
-
v.
SNoН
Vouт 1------- .
At .......
Vf1f.f МАХ135
ss
се
Рис. 7.45. Инвертирующий ШИМ стабилизатор на -5 В
При.меwшние к pllC. В схеме использованы танталовые конденсаторы д.JLЯ поверхностнйlО монтаже.
Маркироека выводов микросхем соответствует виду сверху. ИС выполнены в плоском корпусе с дву:r
рRдным расположением восьми выводов (D/Р-корпус) UJШ в малоzабаритно.м корпусе (SО-корпуr
R3"
10.
~ llbl.1IXWOiфwl.-rp~чacror
1~~~1
sнон ~~'---........-- ------
.AIAXIAI
ЩХТ35
..------= 2 =- 1 Vf1f.fNo.Xl55 LX t----....~
т'~
":'
3ss
GNo6
S
~IOV
_______ _
vouт__
----- -----1--c-2- llьaQi.
~ 4Щ1F$'
R4••
«1.n
Реlомвl,...,. ....."'Р .-..'В:IUf
1-~=..
~ 22aaF
Рис.7.46
Инвертирующий ШИМ стабилизатор
с элементами дnя поверхностноrо монтажа
Примnание к рис. Э.лемент, обознаценньШ
звездочкой, может быть uСКАючен, еСАи т~
нагрузки не превышает 100 мА. Э.леменm,
обознаценный двум.я звездочками, относит
ся только к варианту схемы с иС1ЮЛЪЗ0вани
ем МАХ755.
Рмс.7.47
Подстраиваемый стабилизатор для коммер
ческого диапазона температур
Примl!'иlние к рис. Э.лемент, обозначенный
звездочкой, может быть иаслючен, eCAU ток
наlрузки не превышает 100 мА. Э.лемент,
обозначенный двум.я звездочками, относится
только " варианту схемы с использованием
МАХ755.
ОПИСАНИЕ СХЕМ источников ПИТАНИЯ 1315 I
1
SНDN
1N5817
GМ) 8
vouт ....s_, .......... _ __ _ -s.ov
С2 Вьаrод
g:~/1DV
-
оs.сон··
~~фeul.tpНllDlllЧllCIOТ
1~~1
Рис.7.48
Подстраиваемый стабилизатор для всех
температурных диапазонов
Примеt1ание. Эле.мент, обозначенный звездоч
кой, можно исключить, если ток наzрузки не
превЬlшает 100 мА. Диапазон рабочих темпе
ратур электролитических конденсаторов, обо
значенных двумя звездочками, cocmaВ.llЯem от
- 5 5 до +105 ·с. Элемент, обозначенный тре
мя звездочками, относится только " вариан
ту схемы с использованием МАХ755.
приводятся сведения о производителях компонентов схем, а на рис. 7.49 - струк
тура ИС с типовыми внешними компонентами. Для ИС МАХ755 диапазон вход
ных напряжений составляет +2,7... +9 В, а величина выходного подстраиваемого
отрицательного напряжения определяется соотношением величин сопротивлений
резисторов R3 и R4. Эта зависимость выражается соотношением:
R _ RзхUвых
4
1,23 .
Величина резистора RЗ может составлять 10-20 кОм, а значение Uвых ограни
чивается величиной ( 11,7 В - Uвх>· Ток покоя - 1,6 мА, ток в режиме отключения -
10 мкА. (См. •Maxim New Releases Data Book•, 1994, р.р. 4-111, 4-115... 4-117.)
Табпица 7.6. Перечень использованных компонентов и их поставщиков
Метод производства
Дроссели
Поверхностный монтаж
Sumida
CD54-100 (10 мкГн)
Печатные nлаты с монтажом
Sumida
миниатюрных элементов в сквозных RCH855-1 ООМ (1О мкГн)
отверстиях
Дешевые печатные nлаты с монтажом Renco
в сквозных отверстиях
RL 1284 ( 1О мкГн)
Примечания к табл.:
Конденсаторы
Matsuo
Серия 267
Sапуо
Серия Оs-Соп (органический
полупроводник с низким значением ЭПС)
Nichicon
Серия PL (электролитические с низким
значением ЭПС)
United Oiemi-Con
Серия LXF
1. Metsuo: США (714) 969-2491, факс (714) 960-6492; Яnония (08) 332-0671.
2. Nichicon: (708) 843-7500, факс (708) 843-2798.
З. Renco: (516) 586-5566, факс (516) 586-5562.
4. Sanyo Os-Con: США (619) 661-6322; Япония (0720) 70-1005, факс (0720) 70-1174 .
5. Sumida: США (708) 956-0666; Япония (03) 3607-5111, факс (03) 3607-5428.
6. United Oiemi-Con: (708) 696-2000, факс (708) 640-6311.
7.4.21 . Контромер юкового режима на базе импульсного иаочника питания
На рис. 7.50 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ741 D,
обеспечивающей выходное напряжение +5 Биток 1,5 или 3,0 А при входном
j316 / СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
н:r-·
3.ЭМ"
Рис. 7.49. Структура ИС М/\/..735/755
v"+.4 -628
:i: 1.~ i:. ~Jo..,
~
~
V+
"
r---------------
Примечание к рис. Элемент, обозначенный звездочкой, можно uСКJlючить, если ток наzрузки не пре
вышает 100 .мА. Элементы, обозначенные двумя и тремя звездоцками, относятся только к вариан
там схемы с использованием соответственно МАХ735 и МАХ755.
напряжении +6... +15,5 В. На рис. 7.51 показан пример включения ИС MAX741D,
обеспечивающей выходное напряжение +5 В и ток 1 А при входном напряжении
+3 В. Обе конфигурации представляют собой разновидность импульсных источ
ников питания. На рисунках показаны варианты программирования ИС МАХ741
для обеспечения различных значений выходного напряжения при напряжении
питания не менее 2,7 В. (См. ~мaxim New Releases Data Book~, 1994, р. 4-131.)
7.4.22. Понижающий Р-канальный контроллер
На рис. 7.52 показан пример включения интегральной микросхемы МАХ747, обес
печивающей выходное напряжение +5 В при токе 2,3 А в диапазоне входноrо на
пряжения 7,5-15 В. На рис. 7.53 представлена схема включения ИС МАХ747, обес
печивающая ток нагрузки 1 А при выходном напряжении +3,3 В и при входном
напряжении 4,5-15 В. На рис. 7.54 приводится расчет элементов для схемы детек
тора разряда батареи. На выходе датчика разряда батареи устанавливается низкий
уровень сигнала, когда напряжение V+ меньше или равно Uтюр (напряжение сра
батывания). Выход датчика разряда батареи имеет большое сопротивление в ре
жиме отключения. На рис. 7.55 дано выражение для расчета значений элементов
схемы, которые необходимы для выполнения подстройки напряжения выхода с 2 до
14 В. Величина емкости конденсатора Сб рассчитывается исходя из соотношения:
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ f317 /
D2
1N914
D3
1N914
R6
1CD
4
R2
-
19
V+
P/ZЛf
Вq
Uвк. &-15,5 v
з
20
С1
VSEL
FREQ
120~
CSA 15
J1
R1
2n
~VV\<...-f Sl.OfE
CS8 ....1_4--
=
.мAXIAt
6
IМX741D
-------\Ю
С5+
R3 10μFI
15(1(
-:-8
сэ
ss
0.1pf~
12
DU1Y
13
POl
IМ.О
16
Рис. 7.50 . Контроллер токового режима
При.мnание к рис. При выходном напряжении 5 В и токе ЗА в качестве дросселя L1 нужно исполь
зовать два пара.ллельно включенных дросселя типа СТХ20-4 ипдуктивnостью 10 мкПt; при выход
ном напряжении 5 В и токе 1,5 А - дроссель СТХ20-4 фирмЬJ COILTRONICS с индуктивностью
20 мкГн. В качестве диода D1 следует использовать диод Шоттки NSQOЗAOЗ.
AIAXLМ
МАХ1410
SYNC
VSEL
pflМ
Voor
- -- -- VREFIМ.О
С-=
(С1)(ЭПСС1)
6
R4llRs
'
~
Uвк.2,7-5V
Рис.7.51
Преобразователь напряжения +З В в +5 В
где С 1 - емкость С1 в микрофарадах, а ЭПСС 1 - величина эквивалентного по
следовательного сопротивления (в омах) конденсатора С1 на частоте 100 кГц.
lз1s I схЕмы исrочников питдния
Uвк.
7.5-15В
14 LВО
______
1-1LВ1
12
.JИAXl.JИ
МАХ141 cs g
a-;.;.;;.L, _. .;:....1cc
1--.. __. . . . ;:....1 ~
............,. _-.1R EF
.___,;;;=...;5~FВ
------1 StlW
____
10..... ню
Uвк.
+
4.5·158 ~С2ТСЗ
~1ЩЕ~О.1рf
R3
100k
12
~-1_.4 LВО
V+AV+7
-- --- '-11 UI
м.с.• QUt
.JИAXI~
се
МАХ141 cs g
~
IEF
SНDN
10
юно GNoFВ5
13
-
-
-
-
С1+
~~
+
~I
uv
2.ЗА
Рис.7.52
Понижающий Р-канальный контроллер
на5В
Рис.7.53
Понижающий Р-канальный контроллер на 3,3 В
На рис. 7.56 показано рекомендуемое кельвиново подключение токочувствите.льного
(токооrраничивающего) резистора RsENsE· (См. cMaxim New Releases Data Book•,
1994, р.р. 4-140, 4-143, 4-145.)
12
V+
R2
.JИАХl.М
R3
1CXll
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ 1319 j
Рис.7.54
Схема детектора разряда батареи
МАХ141
14
.-- ......;,..,r LВI
LВО ------ Примечание "рис. Величины сопротивлений резисто
ров R2 и R1 опреде.ляются соотношением:
R1
Uвк.
12
V+
GNO
13
f8 ...s_ _ ___.,,н.,,
.МАХl.М
МАХ741
I
GND
13
-
оuт 8 Не ПОДIС/lючеtЮ
.МАХl.М
МАХ741
R2 - R1 (UTRIP - 1)zдеUтн ... 2,ОВ
-
напряжение
Uтн
пороzа.
... K\.U
Рис.7.55
Схема подстройки выходного напряжения
Примечание"рис. Соотношение для определения ем·
кости компенсационноzо конденсатора, отмеченноzо
на схеме звездочкой, приведено в тексте. R4 может
и.меть значение 10 кОм - 1МОм. Величина сопротив
.ления резистора R5 опредмяется по формуле:
R ... R(Uвых - 1)
5
42В
.
Рис.7.56
Кельвиново подключение для токочувстви
тельного резистора
7.4.23. Понижающий ШИМ стабилизатор на ток 5 А
На рис. 7.57 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ787,
обеспечивающей выходное напряжение +5 В и ток нагрузки 5 А при входном на
пряжении от 1О до 40 В. ИС МАХ787/88/89 обеспечивают выходной ток 5 А при
выходном напряжении соответственно 5, 3,3 и 3 В. Ток покоя составляет 8,5 мА.
ИС изготавливаются в корпусе транзисторного типа ТО-3. (См. ~мaxim New Re-
leases Data Бооk•, 1994, р. 4-245.)
1320 1 СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
8QI.
10-«>V
10-00V
--- V11
Vsw 1--...... .r r<rv-o . .. ._ _ ____
220μF i
.МАХl.М
llAX111
Ус (МАХ711Н) FВt--+------'
2.n
GND
J0.01Jif
о
Рис. 7.57 . Схема понижающего ШИМ стабилизатора на ток 5 А
.МАХl.М 5
1v"
1ААХ717
4
1
1ААХ117Н
з
1 GND
МАХ711
А1АХ711Н
2
1
:=но,
1FВ
Примечание " рис. Маркировка выводов микросхемы соответствует виду сбоку. ИС выполн~
на в корпусе транзисторноzо типа ТО-220 с пятью выводами. Корпус соединен с зазе.мляющ~а
выводом.
о)
мюr•,,..5
о
LТ1014
"
LT1014НV э
LT1016 2
LТ1016НVQ1 .
в)
7
.МАХlМ 6
о
ШО14
5
LТ10741N 4
LТ1076
3
L11Dl6НV 2
Q1
61
•V11
v.
•GND
Vc
·fl
1
11
sнuт
Ус
1
1fl
'
GND
u..
1
Vsw
1 V11
Вц
t0-40V
(10-IOV)
v"
Vsw
МАХ1А1
LТ1016
100рН
Vc (l.11076НV) FВ . __ _. ,____"
I 0.011/f
г) MAXI~
LТ1014
LТ1014НV
LТ1016
LТ1О76НV
ВьQ
5VК12А
Рис. 7.58. Пример включения интегральной микросхемы LПО76: а) расnоло:жение выводов
nятивыводного корnуса ТО-220; б) схема nонижающега стабилизатора на ток 2 А; в) расnоложение
выводов семивыводного корnуса ТО-220; г) расположение выводов четырехвыводного корпуса ТО-3
Примечания "рис.:
1. На рис. 7.58а маркировка выводов микросхем приведена для вида спереди. ИС выполнена
в корпусе транзисторноzо типа ТО-220 с пятью выводами. Корпус соединен с заземляющим
выводом.
2. На рис. 7.58в маркировка выводов микросхем соответствует виду спереди. ИС выполнена
в корпусе транзисторноzо типа ТО-220 с семью вывода.ми. Корпус соединен с зазеМll.Яющи.w
выводом.
З. На рис. 7.58z маркировка выводов микросхемы соответствует виду снизу. ИС выполнены в корпу
се транзисторноzо типа ТО-3 с четырьмя выводами. Корпцс соединен с заземляющим выводом.
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ j321 j
7.4 .24. Понижающий ШИМ стабилизатор на ток 2 или 5 А
На рис. 7.58 приведен пример включения шпегральной микросхемы LT1076, обес
печивающей выходное напряжение +5 В и ток нагрузки 2 А при входном напряже
нии 10-40 В. На рис. 7.59 представлен вариант включения ИС LT1074, обеспечива
ющей выходное напряжение +5 В и ток нагрузки 5 А при входном напряжении
10-40 В. Ток покоя обеих ИС составляет 8,5 мА. (См. ~Maxim New Releases Data
Book~. 1994, р.р. 4-251, 4-254.)
8Q\
10·40У
(10-00V)
2.7k
~
5V,5A
у~
v~1-..........rv~v'ч.,_--4~
.мАХ1А1
LT10l4
МВR745
Vc (tr1014НV) fl 1---+-----е
GNO
ф 0.0111
Рис.7.59
Схема понижающего ШИМ стабилизатора но
ток5А
7.4.25. Эффективный преобразователь напряжения на 12 В
с обратной связью
На рис. 7.60 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ1771,
обеспечивающей выходное напряжение 12 В и ток нагрузки 0,5 А при входном
напряжении 5 В. В табл. 7.7 перечислены поставщики компонентов. (См. ~мaxim
New Releases Data Book~, 1995, р. 4-20.)
С2
J_ o" . 1-ttF--2- -"
V+
5 llfF
МАХIА4
4
МАХ1111
SНDN
fB
GNO
Uвк. =5 v
С1+
6'&F* Uаых. =12V
+С4
ЗЩ&f
0.5А
Рис.7.60
Схема преобразователя но 12 В с обратной
связью
7.4.26. Преобразователь напряжения на 12 В без обратной связи
На рис. 7.61 представлен пример включения интегральной микросхемы МАХ 1771,
обеспечивающей выходное напряжение 12 В и ток нагрузки 0,5 А при входном на
пряжении 5 В. В данном варианте потребляется меньший ток питания, чем
в предыдущем (рис. 7.60), но входное напряжение не должно быть ниже 5 В.
В последнем случае необходимо использовать схему, изображенную на рис. 7.60.
11 Зак. 733
1322 I СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Uвк.=5V
сэ
0.1JJ.F
5 REF
.МАХl.М
4 SНDN МАХ1171 ЕХТ
l.Ja.ct.=12V
О.5А
Рис.7.61
Схема преобраэаватепя на 12 В без
обратной связи
Примечание к рис. Соотношение сопротивле
ний R1 и R2 onpeдeJlJlemcя отношением выход
ного Uвых и опорноzо UREF напряжений:
(См. •Maxim New Releases Data Book•, 1995, р. 4-20.) В табл. 7.7 приводится спи
сок поставщиков компонентов.
Табпица 7.7. Перечень исnальзаванных комnанентав и их паставщиков
Метод
Дроссели
Конденсаторы Транзисторы
производства
Поверхностный
Sumida
Matsuo
Siliconix
монтаж
СерияСD54
Серия 267
Si9410DY
Серия CDR125 Spraque
Si9420DY
Coiltronics
Серия 5950
(высоковольтные)
СерияСТХ20 AVX
Motorola
Coilcraft
СерияТРS
МТР3055ЕL
Серия 003316
MTD20N03HDL
Серия 003340
ММFТЗО55ЕLТ1
MTD6N10
MMBT8099LTI
MMBT8599LTI
Монтаж в сквозных Sumida
Sanyo
отверстиях
Серия RCH855 Серия Os-Con
печатных плат
Серия RCH110 Nichicon
Серия PL
Примечания к табл.:
1. AVX: США (803) 448-9411, факс (803) 448-1943.
2. Central Semiconductor: США (516) 435-1110, факс (516) 435-1824.
З. Coiltronics: США (407) 241-7876, факс (407) 241-9339.
4. Coilcraft: США (708) 639-6400, факс (708) 639-1469.
Диоды
Central
Semiconductor
CMOSH-3
CMPZ5240
Nihon
ЕС11 FS1
(кремниевые
высокочастотные)
МOtorola
МВRS1100ТЗ
MMBZ5240BL
Motorola
1N5817-1 N5822
MUR115
(высоковольтные)
MUR105
(кремниевые
высокочастотные)
5. Мatsuo: США (714) 969-2491, факс (714) 960-6492; Япония 81-6-337-6450, факс 81-6-337-6456.
6. Motorola: США(ВОО) 521-6274, факс (602) 952-4190.
7. Nichicon: США (708) 843-7500, факс (708) 843-2798.
8. Nihon: США (805) 867-2555, факс (805) 867-2556.
9. Sanyo: США (619) 661-6835, факс (619) 661-1055; Япония 81-7-2070-1005, факс 81-7 -2070-1174.
10. Siliconix: США (800) 554-5565, факс (408) 970-3950 .
11. Sprague: США (603) 224-1961, факс (603) 224-1430.
12. Sumida: США (708) 956-0666, факс (708) 956-0702; Япония 81-3-3607-5111, факс 81-3-3607-5144.
С3
D1JJ.F
С2
~ D.1pf
2
V+
5 REF
..МАХl..М
4 SНDN МАХ117'
& AGND
GND
Uвк.=4 v
С1+
47μf~
ОПИСАНИЕ СХЕМ источников ПИТАНИЯ lз2з 1
Рис.7.62
Преобразователь напряжения 9 В
Примечание к рис. Соотношение сопротивле
ний R1 и R2 определяется отношением ешод
ноzо Uвых и опорноzо UREF напряжений:
R2 - Rt(Uвыx -1), zде UREF - 1,5 В.
UREF
7.4 .27 . Эффективный преобразователь напряжения 9 В
На рис. 7.62 представлен пример включения интегральной микросхемы МАХ1771,
обеспечивающей выходное напряжение 9 В при входном напряжении 4 В. В табл. 7.7
приводится список поставщиков компонентов. (См. •Maxim New Releases Data
Book•, 1995, р. 4-20.)
7.4 .28. Повышающий/понижающий преобразователь
с выходным напряжением 5 или 3.3 В
На рис. 7.63 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ1771,
обеспечивающей выходное напряжение 5 или 3,3 В и ток нагрузки 0,5 А при вход
ном напряжении 3-11 В. В табл. 7. 7 представлен список поставщиков компонен
тов. (См. cMaxim New Releases Data Book•, 1995, р. 4-25.)
L_
4
SHDN
ЗV=lNoI.
Uвк.
З·11v
cs
47Ji
Uiнc.
5V
500mA
Рис.7.63
Преобразователь напряжения 5/3,З В
Приме11ание к рис. Входное напряжение мо
жет быть еще ниже указанноzо на схеме,
если по условиям не требуется вклЮtlение ис
точника питания при полной наzрузке. Поле
вой траизистор Q1 - MMffl055ELТI фирм'Ьl
Motorola. Значения сопротивлений резисторов
R2 и Ю определяются требуемым ВЬ1Ходным
напряжением: для напряжения 5 В резистор'Ьl
R2-200кОмиЮ-470кОм;длянапряже
ния ЗJ В - соответственно 100 и 20 кОм.
7.4 .29. Компенсированный источник питания
с выходным 12 В и входным от 4.5 до 15 В напряжением
На рис. 7.64 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ1771,
обеспечивающей выходное напряжение 12 В и ток нагрузки 250 мА при входном
j324 j СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
OFF
,__
он
Uвх.
4.5 -15V
V+
SНDN
МАХIМ
МAXtllt
ЕХТ 1
RЗ
28k
1'1.
D2
1N4148
Uiнt
12V Рис. 7.64
----~---250mA- Компенсированный источник питания 12 В
R2
20
,"
ьноточная
Примечание к рис. Все подсоединения к вы
воду З ИС должны быть выполнены провода
ми, имеющими минимально возможную дли
иу. Транзистор Q1 - MMffl055ELТI фирмы
Motorola. L1 и L2 - дроссели типа СТХ20-4
фирмы Coiltroпics. Заземляющая шина (сU.llьНо
точная •ЗеМllЯ•) представляет собой провод
иик с высоки.ми допустимыми значениями про
ходящих токов.
напряжении 4,5-15 В. В табл. 7.7 представлен список поставщиков компонентов.
(См. 4Maxim New Releases Data Book~, 1995, р. 4-26.)
7.4.30. Бестрансформаторная схема источника питания
с входным -48 В и выходным 5 В напряжением
На рис. 7.65 показан пример включения интегральной микросхемы МАХ1771,
обеспечивающей выходное напряжение 5 В и ток нагрузки 300 мА при входном
напряжении -48 В. В схеме не используется трансформатор. Типичное значение
КПД преобразования составляет 82%. В табл. 7.7 представлен список поставщи
ков компонентов. (См. 4Maxim New Releases Data Book~, 1995, р. 4-27.)
С5
0.1~F
SНON
llEf
cs---
A4AXIМ
-=
3 f8 W.X1111 V+ "2__--t-----4--.-------...
1GNo
С-4 +
2.2)1F
115
2fN
2О1* DZ
CWZ524W
-=
-=
al82S2«11 .
Рис. 7.65. Бестрансформаторный источник с входным -48 В и выходным 5 В напряжением
ОПИСАНИЕ СХЕМ источников ПИТАНИЯ lз2s I
7.4.31. Монолитный КМОП преобразователь напряжения
На рис. 7.66 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ660,
обеспечивающей либо инверсию напряжения, либо удвоение величины положи
тельного напряжения. КПД преобразования имеет нормальное значение 88% при
токе нагрузки 100 мА, потеря напряжения составляет 0,65 В, обычное значение вы
ходного импеданса - 6,5 Ом. Ток покоя - 120 мкА. (См. «Maxim New Releases Data
Book~. 1995, р. 4-73.)
+Uвх.
1.5 -5.SV
1fC
V+
.МАХl.М
2
САР+ МАХ660 0SC 7
V+
+
С1
3 GND
LV6
&«\А
САР+
150μF
~
GND
-
-~
4
-
кqJа8'И1
САР·
САР·
оuт 5
С2
lr\ЩJlql
~ 150μf
КЦ111ВИ1
&«\А
~
poettCro
1FC
V+8
КЦ111ВИ1
.мАХl.М
2 САР+ МАХ660 OSC 7
+С2
150μF
+u..
LVб
2.5 -5 .5V
оuт 5
Удвокrеnь наnраения
Рис. 7.66. Преобразователь напряжения на ИС МАХ660
Примечание" рис. Мйркировка ВЬlводов микросхемы соответствует виду сверху. ИС выполнена
в плоском корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (D/Р-корпус) или в малоzйбйритиом
корпусе (SО-корпус).
7.4 .32. Источник питания для программирования микросхем флэш-памяти
На рис. 7.67а приведен пример включения ИС МАХ662А (расположение выводов
см. на рис. 7.676), обеспечивающей выходное напряжение +12 В при токе 30 мА,
необходимые для побайтового программирования микросхем флэш-памяти.
В табл. 7.8 перечислены поставщики комплектующих элементов. На рис. 7.68 и 7.69
показаны схемы включения, предназначенные соответственно для программиро
вания в стандартном (гражданском) диапазоне температур и для расширенного
(военного) температурного диапазона. Ток покоя равен 185 мкА, ток в режиме
отключения - 0,5 мкА. ИС имеет логический вход для управления отключени
ем, который позволяет осуществлять прямое управление от микропроцессора.
(См. «Maxim New Releases Data Book~, 1995, р.р. 4-75, 4-79.)
l326 I СХЕМЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
о)
Вход
4.75-5 .5V
+4_7J1.f
::r:
Vcc
Выход
11Vt5%
ЗОmА
SHDN
Vouт --~---~ v"
.МАХl.М
ФJJЗW-памяn.
AIAX662A
С1+
С2- 0.22μF +4.7J&f
С1- GND С2+
I
Рис. 7.67. Пример включения ИС МР\1..662А дnя программирован11я флэш-памяти (а); раmоложение выводов (6)
Примечание к рис. Маркировка выводов микросхемы соответствует виду сверху. ИС выполнена
в плоском корпусе с двухряднЬLМ расположением восьми выводов (DIP-кopnyc) wzи в малоzабаритном
корпусе (SО-корпус).
С2
012J&f
Uвх.
5
4.75-5 .SV
~+
Uвых. 4.7aaf~ fi
+12V±596
С5+
nриЗОrМ
4711F±
"С2
1~+
Uвх.
4.75-5.5V
-~
Uвых.
22J&f~
+12V±596
nрмЗОrМ
·cs
22J&F=f
С2-
С1+
МАХIМ
ШХ6&2А
С2+
С1-
Va;
SНDН
Vouт
GND
С2-
С1+
МАХ1М
АСАХ6б2А
4 С2+
С1-
5 Усе
SНDН
•Vм
GNO
С1
0.22pF
Уnравnенме
nроrраммированмем
7 OJ МИ8'р0Процессора
-::-
·с1
1.Qpf
8
У111ВВПfЭНие
f11ОГJ)аММированием
7 °' мм~сролроцесоора
-=-
Рис.7.68
Стандартное включение ИС М/1\Х662А для
проrраммиравания флэш-памяти
Рис.7.69
Включение ИС М/1У...662А при расширенном
диапазоне рабочих температур
Примечание к рис. Конденсаторы, отмечен
ные звездо~кой, должны быть серии 595D
(фирмы Sprague) wzи аналоzичными.
Табnица 7.8. Перечень использованных компонентов и их поставщиков
Поставщик Телефон
Факс
Тип конденсатора Номинал конденсатора
MurataErie
(814) 237-1431 (814) 238-0490 GRM42-6Z5U224M50
0,22 пкФ, керамическиА (SM)
PRE123Z5U15M50V
1,0 мкФ, керамическиА (ТН)
Sprague
(603) 224-1961 (603) 224-1430 595D475X9016A7
4,7мкФ, танталовыА (SM)
Electric
(207) 324-7223 (207) 324-4140 595D105X9016A7
1,0 мкФ, танталовыА (SM)
Примечание к табл. SM предназначен для поверхностного монтажа, а ТН - для монтажа в сквозных от
верстиях nечатноА платы.
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ 1327 j
7.4.ЗЗ. Источник питания на два выхода с напряжениями +12 и +20 В
На рис. 7. 70 приведен пример использования интегральной микросхемы МАХ662А
при программировании флэш-памяти (см. рис. 7.67-7 .69 и табл. 7.8) в качестве
источника питания с двумя значениями выходных напряжений. На рис. 7. 71 пока
зана зависимость выходного напряжения от тока нагрузки. (См. ~мaxim New Re-
ieases Data Book~, 1995, р. 4-80 .)
3 С2-
С1+ 2
0.22Jtf
.МАХl.М
.AIAX662A
С2+
С1-
sнон
8
GND
'lfN
В Vоот
Усе
5
Выход
IJl.fф
20.0
19.2
со 18.4
~CD
:::> 17.6
18.6
1&.О
~
\"
.........
... ... ... ~
\,Б /;'
'~\
\
о5101520i5303540
lвых.• mА(на выходе 20 V)
0.22μF
Uвх.
- = ~*54' Рис.7.70
Вариант схемы на ИС М/1\Х662А с двумя
ф21&F выходными напряжениями
Рис. 7.71
Зависимость выходного напряжения U8ых от тока нагрузки lвых
Приме~шние к рис. Измерения проводwzись при темпера
туре окружающей среды +25 °С и Vcc" 4,75 В. Зависи
мость А относится к случаю, ктда вшод +12 В находит
ся в режиме холостто хода. Зависимость Б получена при
величине тока наzрузки 34 мА на выходе +12 В.
7.4.34. Эффективный инвертирующий источник питания
На рис. 7.72 показан пример использования интегральных микросхем МАХ764/
765/766для работы в качестве инверторов с фиксированным выходным напряжением.
Uвх.
С3
0.1Jlf
DUT
V+
..МАХl.М
SНDN =V+
6
МАХ166
FВ
REF
GND
5
Рис.7.72
Схема включения инверторов с фиксирован
ным выходным напряжением
lз2а 1 СХЕМЫ источников ПИТАНИЯ
В табл. 7.9 приведены выходные и входные напряжения инверторов, а в табл. 7.1 О
перечислены фирмы, поставляющие компоненты схем. (См. ~мaxim New Releases
Data Book~. 1995, р.р. 4-121, 4-123.)
Таблица 7.9. Выходные и входные напряжения инверторов МАХ?64/765/766
Микросхема
Вь1ходное напряжение, В
Входное напряжение, В
МАХ764
МАХ765
МАХ766
-5
-12
-15
З-15
З-8
3-5
Таблица 7.10. Перечень испопьзованных компонентов и их поставщиков
Метод производства
Дроссели
Конденсаторы
Поверхностный
Sumida
Matsuo
монтаж
Серия CD75/105
Серия267
Coiltroпics
Sprague
СерияСТХ
Серия 595D/293D
Coilcraft
AVX.
Серия DT/003316
СерияТРS
Печатные платы
Sumida
Sanyo
с монтажом
Серия RСН855
Серия Os-Con
миниатюрных
(очень низкое
элементов
значение ЭПС)
в сквозных
отверстиях
Дешевые печатные
Renco
Nichicon
платы с монтажом
Серия RL1284
СерияРL
в сквозных отверстиях
Примечания к табл.:
1. AVX .: США (803) 448-9411, факс (803) 448-1943.
2. Coiltronics: США (407) 241-7876, факс ( 407) 241-9339.
3. Coilcraft: США (708) 639-6400, факс (708) 639-1469.
Диоды
Nihon
EC100S02L (диод Шоттки)
ЕС11 FS1
(кремниевый
высокочастотный)
Motorola
1N5817, 1N5818
(диоды Шопки)
MUR105
(кремниевый
высокочастотный)
4. Matsuo: США (714) 969-2491, факс (714) 960-6492; Япония 81-6-337-6450, факс 81-6-337-6456.
5. Motorola: США (800) 521-6274, факс (602) 952-4190.
6. Nichicon: США (708) 843-7500, факс (708) 843-2798: Япония 81-7 -5231-8461,
7. Nihon: США (805) 867-2555, факс (805) 867-2556; Япония 81-3 -3494-7411 , факс 81-3 -3494-7414 .
8. Renco: США (516) 586-5566, факс (516) 586-5562.
9. Sanyo 05-CON: США (619) 661-6835 , факс (619) 661-1055; ЯПония 81-7-2070-1005, факс 81-7 -2070-1174 .
10. Sprague Electric Со: США (603) 224-1961, факс (603) 224-1430.
11. Sumida: США (708) 956-0666, факс (708) 956-0702; Япония 81-3-3607-5111, факс 81-3-3607-5144.
7.4.35. Инвертор с изменяемым выходным напряжением
На рис. 7.73 приведен пример использования интегральных микросхем МАХ764/
765/766 для работы в качестве инверторов с изменяемым выходным напряжени
ем (в пределах от -1,0 до -16 В). Для задания величины выходного напряжения
необходимо установить значение сопротивления R1 = 150 кОм, а значение сопро
тивления R2 определить в соответствии с соотношением:
Uвых u
R2 '""' R1U-, где REF'""' 1,5В.
REF
R1
сз
0.11Jf
OUT
V+
.МАХIМ
SHDN МАХl64 V+
6
МАХ165
W.Xl66
f8
LX
ОПИСАНИЕ СХЕМ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ 1329 /
Рис.7.73
Эффективный инвертор с изменяемым
выходным напряжением
7.4 .36. Эффективный преобразователь на 5 В
На рис. 7.74 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ770,
обеспечивающей выходное напряжение 5 В и ток нагрузки 1 А при входном на
пряжении 3 В. В табл. 7.11 представлены списки фирм, поставляющих компонен
ты схем. (См. ~мaxim New Releases Data Book)), 1995, р.р. 4-149, 4-150.)
сз
0.1tiF
С2
J_ o" . 1ti_F_
_.._2--.
У+
5 REF
.МАХl.М
1МХ17О
4 SНDN
f8
GNo
Uвых.=5V
1А
+С4
~
Рис.7.74
Эффективный преобразователь 3/5 В
7.4 .37. Эффективный преобразователь на 12 В с обратной связью
На рис. 7.75 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ771,
обеспечивающей выходное напряжение 12 В и ток нагрузки 0,5 А при входном
напряжении 5 В. В табл. 7.11 представлены списки фирм, поставляющих компо
нентьI схем. (См. ~мaxim New Releases Data Book)), 1995, р. 4-150.)
7.4.38. Эффективный преобразователь на 12 В без обратной связи
На рис. 7.76 приведен пример включения интегральных микросхем МАХ770/
71/72, обеспечивающих выходное напряжение 12 В и ток нагрузки 0,5 А при
входном напряжении 5 В. Такой вариант включения ИС в отличие от схемы,
lэзо 1 СХЕМЫ источников ПИТАНИЯ
сз
O.Jpf
С2
I_ o.,..,JiF
___
2_......
V+
FВ
00
IOND
CS
GNO
Uвx.•5V
С1+
~F* Uвых.•12У
D.IA
Рис.7.75
7
+С4
ЩаF
Эффективный nреоброзователь 5/12 В
с обратной связью
показанной на рис. 7.75, требует меньших токов питания, но напряжение пита
ния не должно быть ниже 5 В. При входных напряжениях менее 5 В следуе1
применять схему преобразователя, описанную выше (рис. 7.75). В табл. 7.11
представлены списки фирм, поставляющих компоненты схем. (См. 4Maxim
New Releases Data Book)), 1995, р. 4-150.)
Та6nица 7.11 . Перечень использованных компонентов и их поставщиков
Метод
Дроссели Конденсаторы Транзисторы
производства
Поверхностный
Sumida
Matsuo
N-канальные
монтаж
СерияСD54 Серия267
nооевые транзисторы
Coiltronics
Sprague
Siliconix
СерияСТХ20 Серия595D
Si9410DY
Si9420DY
(высоковольтные)
Motorole
MTP3055EL
MTD20N03HDL
Монтаж
Sumida
Sanyo
Типа п-р-n
в сквозных отверстиях Серия АСН855 Серия Оs-Соп
Zetex
печатных плат
Серия АСН110 Nichicon
ZТХ6948
Аепсо
Серия PL Uпited
AL1284-18
Chemi-Con
Серияl.ХF
Прммечанм11 к табn.:
1. Coiltronics: США{407) 241-7876, факс (407) 241-9339 .
диоды
Nihon
ЕС10
Motorola
1N5817-1 N5822
MUR115
(высоковольтные)
2. Matsuo: США {714) 969-2491, факс (714) 960-6492: Япония 81-6-337-6450. факс 81-6-337-6456.
3. Nichicoп: США (708) 843-7500, факс (708) 843-2798.
4. Nihon: США (805) 867-2555, факс (805) 867-2556.
5. Renco: США (516) 586-5566, факс (516) 586-5562.
6. Sanyo: США{619) 661-6835, факс (619) 661-1055; Япония 81-7-2070-1005, факс 81-7 -2070-1174 .
7. Sumide: США (708) 956-0666, факс (708) 956-0702; Япония 81-3-3607-5111, факс 81-3-3607-5144.
8. United Chemi-Con: США {714) 255-9500 , факс (714) 255-9400.
9. Zetex: США (516) 543-7100, факс (516) 864-7630; Великобритания 44-61-627-4963, факс 44-61-627-5467.
Uвx.=5V
С1+
С2
-.и~ ~ 0.1,.F 2
GNO
____
...1
ОПИСАНИЕ СХЕМ источников ПИТАНИЯ 1зз1 1
Uewx. -12'1
O.IA Рис. 7.76
.....__......._-"41.,..._-
Эффективный преобразователь 5/12 В без
обратной связи
Примечание к рис. Зависимость выходною на
пряжения UВЫХ от величины опорного напря
жения UREF и сопротивлений резисторов R1
и R2 выражается соотношением:
R2 - R{~:;-1). ЮeUREF
-
1,5В.
7.4 .39 . Эффективный маломощный преобразователь на 9 В
На рис. 7.77 показан пример включения интегральных микросхем МАХ770/71/72,
обеспечивающих выходное напряжение 9 В при входном напряжении 4 В. Пре
образователь на этих ИС похож на предьщущий (рис. 7.62), собранный на ИС
МАХ 1771, но ero выходная мощность меньше. В табл. 7.11 указаны фирмы, постав
ляющие компонешы схем. (См. -«Maxim New Releases Data Вооk•, 1995, р. 4-150.)
С3
01,.F
С2
~ 0.11Jf
5 llF
2
V+
МАХIМ
4 SНDN 1МХТ7О
NАХТ11
МAXll2
•
11GНО
GNO
______
1
Uвх.=41/
Uвых.=9У Рис. 7.77
Эффективный маломощный повышающий
преобразователь 4/9 В
Лриме11ание к рис. Зависимость выходного на
пряжения Uвых от величины опорноzо напря
жения UREF и сопротивлений резисторов R1
и R2 выражается соотношение.ч:
R1 - R1(Uвых -1). zде UREF - 1,5 В.
UREF
7.4 .40. Преобразователь на 12 В с функцией контроля напряжения
На рис. 7.78 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ773,
обеспечивающей выходное напряжение 12 В и имеющей функцию контроля на
пряжения (или контроля степени разряженности батареи). В табл. 7.12 приведен
разброс значений напряжения UTRIP• а в табл. 7.11 перечислены фирмы, поставля
ющие компоненты схем. (См. -«Maxim New Releases Data Book•, 1995, р. 4-151.)
Таблица 7.12. Значения контролируемого напряжения (UТRIP)
Минимаnьное
Номинальное
Максимаn1.ноа
10,6 в
11,0 в
11.48
1зз2 / СХЕМЫ источников ПИТАНИЯ
R4
63.4*
(1Т.)
113
lat
(1'1)
___
1....,V12
14 V15
2У5
$ND 10
МАХ1М
8 1П МАХ773
L80 4
оон_1_1__
SНON
ЕХТ\. 12
cs ...•. . ..
1 ___"
GНО
9
7.4.41 . Преобразователь на 24 В
Рис.7.78
Повышающий преобразователь 5/12 В
с фиксированным выходным напряжением
Лриме11ание к рис. Зависимость напряже
ния UтRIP от величины опорноzо напряжения
UREF и отношение сопротивлений резисторов
RЗ и R4 выражается соотношением:
R4 ..,
R1 (c;;~;-1) при UREF ~ 1,58.
На рис. 7. 79 приведен пример включения интегральной микросхемы МАХ773,
обеспечивающей выходное напряжение 24 В и ток нагрузки 30 мА при входном
напряжении 5 В. В табл. 7.11 представлены списки фирм, поставляющих компо
ненты схем. (См. <4Maxim New Releases Data Book•, 1995, р. 4-151.)
С1
С2
47J&f ~ :ф 0.11&f
V+ ЕХ1Н ._ 1_3""V\~-
10 $ND
4 LВО
ЕХТ\. _1_2- -
D1 Uвых.•24V
1NS818 *8А
8 .;ИАХ1М
1П 1МХ77З cs .....1
....
1 ----
V15 14
V12 1
7 SНON
У52
FВ ......... __
. . . .. ,VVV----'
GND
9
R1
3Q
R2
51(1(
7.4.42. Преобразователь на 15 В
Рис.7.79
Повышающий преобразователь 5/24 В
с фиксированным выходным напряжением
Примечание к рис. Зависимость выходноzо
напряжения Uвых от величины опорноzо на
пряжения UREF и сопротивлений резисторов
R1 и R2 выражается соотношением:
R2 - R1(~~~-1)npuuREF- 1,5В.
На рис. 7.80 приведена схема включения ИС МАХ773, обеспечивающая выходное
напряжение 15 В при входном напряжении 5 В. В данной схеме не использована
компенсационная обратная связь с целью максимального снижения потребления
тока. В табл. 7.11 представлены списки фирм, поставляющих компоненты схем.
(См. <4Maxim New Releases Data Book&-, 1995, р. 4-151.)
10 SGNo
4 L80
V+
8 REF
МАХl.М
МАХllЗ
SНON
6FВ
V12 1
V5
GNO
+
7.4 .43. Преобразователь на 16 В
ОПИСАНИЕ СХЕМ источников ПИТАНИЯ 1ззз 1
Рис.7.80
Повышающий преобразователь 5/15 В
с фиксированным выходным напряжением
На рис. 7.81 приведена схема включения ИС МАХ773, обеспечивающая выходное
напряжение 16 В при входном напряжении 5 В. ИС охвачена компенсационной
обратной связью для работы с входными напряжениями менее 5 В. В табл. 7.11
представлены списки фирм, поставляющих компоненты схем. (См. qMaxim New
Releases Data Book~. 1995, р. 4-151.)
V+
ЕХТН
L80
ЕХТL
8pg
cs
С3
~
o.1,1&F
5
МАХПЗ
U!I
V15
7
V12
SNoН
V5
10 SGNo
FВ
=-
GНD
9
=-
13
12
11
14
1
2
о
R1
1з.n
=-
fl2
13Зk
Рис.7.81
Повышающий преобразователь 5/16 В
с фиксированным выходным напряжением
Примnание к рис. Зависимость выходноzо на
пряжения Uвых от величины опорноzо напряже
ния UREF и сопротивле11ий резисторов R1 и R2
выражается соот11ошением:
7.4 .44 . Источник выходного напряжения 100 В
На рис. 7.82 приведена схема включения ИС МАХ773, обеспечивающая выход
ное напряжение 100 В и ток нагрузки 10 мА при диапазоне входного напряжения
lзз4 I СХЕМЫ источников ПИТАНИЯ
8 Rff
OOl
~AXIJИ
МАХТlЗ V15 14
V12
D1
МUR115
Uвых.•100V
10mA
Рис.7.82
Основная схема включения ИС преобразова
теля МАJ.773
V5
-= fl2
Примечание к рис. Зависимостъ выходноzо
напряжеиия Uвых от величины опорною на
пряжеиия UREF и сопротивлений резисторов
R1 и R2 выражается соотношением:
7
SНDN
GНD
9
п~6~~-<11~732k"V\.(1~~~J-__.
R1
11.311(1~)
R2 = R1(Uвых _ 1) при UREF = 1,5В.
UREF
24-28 В. На рис. 7.83 поясняются расчеты, необходимые для выбора значения со
противления Rшунт· Эта величина должна быть такой, чтобы ток lшунт превы
шал 1 мА, но был меньше 20 мА. Если рассчитанное значение тока стабилизатора
превышает 20 мА либо ток стабилитрона больше 5 мА и необходимо меньшее зна
чение тока стабилизатора, нужно использовать схему, показанную на рис. 7.84.
Применение этой схемы позволит увеличить мощность управления и уменьшить
ток стабилитрона при управлении работой N-канальных полевых транзисторов
с большими емкостями затворов. Рекомендуемое значение lшунт составляет 3 мА,
что обеспечивает требуемый ток смещения схемы, хотя значения тока стабилит
рона моrут быть выше. Следует отметить, что шунтовый стабилизатор не запи
рается в режиме отключения и продолжает потреблять расчетный ток стабилитрона.
Для предотвращения этоrо необходимо установить выключатель последователь
но с шунтовым резистором. В табл. 7.11 приведены списки фирм, поставляющих
компоненты. (См. •Maxim New Releases Data Book•, 1995, р.р. 4-152, 4-154.)
Uвх.-----
С2
0.1μF
3V+
JИАХIМ
МАХllЗ
fN(tмn)
10 SGND
Рис.7.83
Пояснение расчета сопротивления шунта
Примечание к рис. Расчет тока шунта (стабш~итрона) 1ШУНТ
см. в тексте. Расчет сопротивления шунта RшУШ производит
ся по следующей формуле:
RШУНТ = UВХ<тiп 1-UШУНТ<тах>
lшжт
Uвх.
R1
ОПИСАНИЕ СХЕМ источников ПИТАНИЯ 1ээs 1
Рис.7.84
Повышающий преобразователь с уменьшенным
током шунта
8. БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Данная глава посвящена схемам источников питания, работающим от батарейных
источников (чаще всего от одного гальванического элемента 1,5 В) и характеризу
ющихся сверхмалым потреблением. Для этих схем методики проверки и поиска
неисправностей аналогичны процедурам. описанным для соответствующих схем
в других главах данной книги, поэтому здесь они повторно не рассматриваются.
(В этой главе в основном представлены схемы источников питания, методика
проверки и поиска неисправностей для которых приведена в главе 7.) Для тех
случаев, когда возникают сомнения в правомерности использования той или
иной методики проверки, в описаниях схем сделаны специальные оговорки со
ссылками на соответствующие главы. Более подробная информация о микро
мощных схемах с батарейным питанием приведена в книге J. Lenk ~simplified
Design of Micropower and Battery Circuits•, 1996, опубликованной в издательстве
Butterworth-Heinemann.
8.1. Описание микромощных схем с батарейным питанием
8.1.1. Повышающий импульсный стабилизатор
На рис. 8.1 приведена схема включения ИС МАХ630, которую можно использо
вать в качестве преобразователя постоянного напряжения с выходным напряже
нием 15 В при токе нагрузки 20 мА. Входное напряжение составляет 2,0-16,5 В,
типичное значение тока потребления - 70 мкА, максимальный ток покоя - 1 мкА,
типичное значение КПД - 85%. (См. ~Maxim New Releases Data Book•, 1992, р. 4-49.)
8.1 .2. Инвертирующий импульсный стабилизатор
На рис. 8.2 приведена схема включения ИС МАХ634, в которой обеспечиваются
выходные напряжения -5, -9, -12 или -15 В в зависимости от значения сопротив
ления R1 (см. табл. 8.1). В табл. 8.2 представлен список производителей катушек
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ с &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1зз11
•SУВход
Бход
МАХбЭО
"батарея разряжена" 1 Utl
113
l&n
114
10Cllin
':"
LI
470
fС1
47pF~
L1
DI
1114141
R1114•!n
4 IМО
"=
"::'
Рис. 8.1. Схема преобразователя на ИС МАХ630
it +Uвх.
r----1
1
•
1
'А4
R)~L1
IQIO...
i--
"
RЗ"
: 2IW1~
1
_,_
1
":"
2
"баrарея~- __..______ _
Рис. 8.2 . Схема преобразователя на ИС МАХ634
UD
'"
l
.,
1
и
эталонное НllJIPAJ(eниe
ВЫход
"батарея разряжена"
(прмUВl(•ЗВJ
R2
47.SШ
R1
499k!1
.
:r: CI
"=
470, .F
25'1
С1
ilЩIF
':"
• 11'1 ВЫход
ZllllA
1"91.\
D1
D.Ч.Е 1,х
ТЕ304ТА 1.0mH
индуктивности и сердечников. Величина входного напряжения может состав
лять от +3 до +16,5 В, типичное значение тока потребления - 100 мкА, а КПД -
85%. (См. ~мaxim New Releases Data Book~. 1992, р.р. 4-69, 4-70.)
Таблица 8.1. Зависимость выходного напряжения от сопротивпения R1
Выходное напряжение, В
-5,О
-9,О
-12,О
-15,О
Сопротивление R1 1 кОм
300
536
720
900
lзза 1 БАТАРЕЙНЫЕ и МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНWI
Таблица 8.2 . Перечень изготовителей моточных изделий
Производитель
Dale
Caddell-Bums
TRW
Модель
Характеристики
Залитые катушки индуктивности
IHA-104
500 мкГн, 0,5 Ом
6860-19
330 мкГн, 0,33 Ом
Ll-500
500 мкГн, 0,75 Ом
rерметиэированные катушки индуктивности на тороидальных сердечниках
Dale
TRW
Torotel Prod.
Allen Bradley
Siemens
Magnetics
Stackpole
Magnetics
ТЕ-304ТА
МН-1
РТ 53-18
1 мГн, 0,82 Ом
600 мкrн, 1,9 Ом
500 мкГн, 5 Ом
Ферритовые и тороидальные сердечники
T0451S100A
Тороидальный сердечник 500 нГн/Р
В64290-К38-Х38
555130
57-3215
G-41408-25
Тороидальный сердечник 4 мКГн{Т2
Тороидальный сердечник 53 нГн{Т2
Броневой сердечник 14 х 18 мм
Бронево~ сердечник 14 х 8 250 нГн{Т2
Примечание к табл. Этот перечень не является официально рекомендуемым фирмой Maxim lntegrated
Products и не содержит исчерпывающую информацию о производителях данных элементов.
8.1.3. Микромощный стабилизатор напряжения
На рис. 8.3 приведена схема включения ИС МАХ663, где выходное напряжение
+5 В и ток 40 мА обеспечиваются от батареи 9 В. Максимальное значение тока
покоя равно 12 мкА. (См. •Maxim New Releases Data Book•, 1992, р. 4-125.)
IE•R
• vi11ro11
"
....
Voun 1
'
Vrc
~~ AllAXIAll'fwn
···~
V.UТI J
МАХ663
«181\
l•D •
1 IНDI
-!
"
", 1М11
Vouтr
l•D
":"
IEllE 2
' Vouт1
IНDI 1
• VIEт
(IEliJ V11 •
• ано•
IEllE 1
• Vlll INll
VDuт 1
7uo
Рис. 8.3 . Микромощный стабилизатор напряжения на ИС МАХ663
Приме-сание " рис. Маркировка 6Ьlводов микросхем соответствует виду сверху.
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ с БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ lзз9 I
8.1.4. Стабилизатор +5 В с малым падением напряжения
На рис. 8.4 приведена схема включения ИС МАХ667, в которой обеспечивается
фиксированное выходное напряжение +5 В. В схеме использовано минимальное
количество компонентов, входное напряжение может составлять от +З,5 до +16,5 В.
Типичные значения тока покоя в номинальном режиме равно 20 мкА, в режиме
отключения - 0,2 мкА. (См. «Maxim New Releases Data Book'>, 1992, р. 4-137.)
8IN
OUT ~2---__ +5V Выход
250mA
SЕТ GND SНDN
645
Рис.8.4
Схема стабилизатора на ИС МАХ667
Лриме11ание к рис. Величина емкости конден
сатора С1 определяется соотношением:
100мкФ Х Iосл[мА]
С1~ 250мА
и должна быть не .меньше 10 мкФ.
8.1.5. Регулируемый стабилизатор с малым падением напряжения
На рис. 8.5 приведена схема включения ИС МАХ667, которая обеспечивает выход
ное напряжение от + 1,3 до + 16 В. В схеме также предусмотрена функция контроля
8
IN
+
оuт
-
-
.l
-
RЗ
SНDN
GND
5
4
2
Uвых.
+
IC1
-
R2
6
1~ Рис.8.5Схемарегулируемогостабилизаторано
ИСМАХ667
f340 1 6АТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
+
ВIN
оот ...2
___
+SV Выход
DD
SЕТ GND SНON
б
4
5
R1
47k
+С1
I
С2
I D.1μf
Рис.8.6
Стабилизатор на ИС МАХ667 со сниженным
током покоя
разряда батареи. Если принять, что сопротивление R1 = 1 МОм, то необходимое
значение выходного напряжения задается резистором R2, величина которого опре
деляется по формуле: R2 = R1 (Uвых/ VSЕТ - 1), где VSЕТ = 1,225 В. При величи
не сопротивления резистора R4, равной 2,4 МОм, выбор необходимого порогово
го значения разряда батареи производится подбором величины сопротивления R3
в соответствии с выражением: R3 """ R4 (VВАТТ/ V LBI - 1), где V ВАТТ - порого
вое значение детектора уровня разряда батареи, а RЗ и R4 - резисторы входного
делителя LBI. Например, при величине выходного напряжения U вых - 5 В порого
вое значение напряжения разряда батареи, равное 5,5 В, можно установить, исполь
зуя сопротивление 8,2 МОм для резистора R3 и 2,4 МОм для резистора R4. (См.
~мaxim New Releases Data Book~, 1992, р. 4-137.)
8.1 .6 . Уменьшение тока покоя
Схема, приведенная на рис. 8.6, показывает, каким образом в режиме холостого
хода (отсутствия нагрузки) ток покоя интегральной микросхемы МАХ667
(см. рис. 8.4 и 8.5) можно снизить примерно до 160 мкА. Нужно иметь в виду, что
эта схема увеличивает падение напряжения приблизительно на 0,1 В. (См. ~мaxim
New Releases Data Book~, 1992, р. 4-138.)
8.1 .7. Снижение минимального тока покоя
Схема на рис. 8. 7 показывает, как дополнительно уменьшить ток покоя в режиме
отсутствия нагрузки для интегральной микросхемы МАХ667 (см. рис. 8.4 и 8.5)
по сравнению со схемой, приведенной на рис. 8.6. (См. ~мaxim New Releases Data
Book•, 1992, р. 4-138.)
8.1.8. Эффективный понижающий стабилизатор напряжения +5 В
На рис. 8.8 показана схема включения ИС МАХ639, которая обеспечивает выход
ное напряжение +5 В при токе нагрузки 100 мА. Входное напряжение может со
ставлять от +5,5 до +11,5 В. Максимальный ток покоя - 20 мкА, типичное значение
8
+
-
-
l
5
-
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1341 J
Q+
IN.,м~OUТ
2
+SVВыход
МАХ667
SHDN
GNO
4
-=-
SЕТ
00
RЭ
1М
R2
1М
R1
332k
+s".s_
.•._+._11_.s_v_--t&v+
vouт...,1___,
.NIAXl.М
МАХ639
Рис.8.7
Стабилизатор с уменьшенным током покоя
8 SНON
LX a..;:5~__,r-vv-V"\....__;........
+SV:t::-4'11.
npи100mA
"100μF
1
VFB LBI GND
34
1NS817
Рис. 8.8. Схема понижающего стабилизаторо на ИС МА:/..639
Примечание "рис. Входиой развязывающий конденсатор должен располаlаться на расстоянии не
более 1 см от вывода V+ (вывод 6 инmеlршzьной микросхемы). Если же развязывающий конденсатор
расположен на большем расстоянии, то на расстоянии менее 1см от вывода V+ должен быть уста
новлен высокочастотный керамический конденсатор емкостью О, 1мкФ. Маркировка выводов мик
росхемы приведена для вида сверху. ИС выполнена в плоско.w корпусе с двухрядиым расположением
восьми выводов (DIР-корпус) или в мшzоzабаритно.w корпусе (SО-корпус).
падения напряжения-0,5 В (при токе нагрузки 100 мА), а КПД превышает 90%.
(См. «Maxim High ReliaЬility Data Book», 1993, р. 4-31.)
8.1.9. Низковольтный повышающий преобразователь
На рис. 8.9 приведена схема включения ИС МАХ654, которая при входном напря
жении 1,5 В (один гальванический элемент) обеспечивает выходное напряжение
+5 В и ток нагрузки 40 мА. Минимальное входное напряжение, гарантирующее
работоспособность, равно 1,15 В. Ток покоя в режиме отключения составляет 80 мкА.
(См. «Maxim High ReliaЬility Data Book», 1993, р. 4-37.)
8.1.10. Повышающий преобразователь напряжения на 3,3/5 В
На рис. 8.10 приведена схема включения ИС МАХ756, которая обеспечивает вы
ходное напряжение 5 В и ток нагрузки 200 мА либо выходное напряжение 3,3 В
и ток нагрузки 300 мА (в зависимости от сигнала 3/Sна выводе 2). При этом
1342 I GАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕСХЕМЫ ПИТАНИЯ
Бат
1.5V
47k0
4.7mН L1
9
3.----...-------...-..." ~
LX1 Vcc w
220μF!
+
8 L8I AL80All
МАХ654 оuт~'о----~
..__12._,_. tf'GNo
L80
PR
У+2
5
11
5
1 Sii)N L8I
LX 1-8
-._
__,__...,__
MAXIM
МАХ756
2 з,g
3 ffF
L80 4
o.1fl .FI
GND
Рис.8.9
Схема повышающеrо преобразовател11
наИСМАХ654
Рис. 8.10. Схема повышающего преобразователя но ИС МА:/..756
Примечание к рис. MapкupoВIUl выводов .микросхемы соответствует виду сверху. ИС выполняется
в плоском корпусе с двухрядным расположением восьми выводов (DIP-кopnyc) ши в .малоzабаритно.v
корпусе (SО-корпус).
значение входного напряжения составляет от 1,1 до 5,5 В, ток покоя - 60 мкА,
ток в режиме отключения - 20 мкА, а КПД - 87% (для тока нагрузки 200 мА). (См.
~мaxim New Releases Data Book•, 1994, р. 4-173.)
8.1.11. Регулируемый повышающий преобразователь
На рис. 8.11 приведена схема включения ИС МАХ757, которая обеспечивает ре
гулируемое выходное напряжение 2,7-5,5 В и имеет функцию контроля разряда
батареи. В табл. 8.3 представлен список поставщиков компонентов. При исполь
зовании резистора R2 с сопротивлением 100 кОм значение выходного напряже
ния определяется сопротивлением резистора R1:
Ri - R2[Uвых + 1]'
UREF
где UREF - 1,25 В.
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С 6АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1343 I
При сопротивлении резистора R4, равном 100 кОм, сопротивление RЗ для за
данного порогового значения разряда батареи определяется по формуле:
Rз = R4[ Uвх -1],
UREF
где UREF = 1,25 В. (См. «Maxirn New Releases Data Book~, 1994, р. 4-178.)
Та6nица 8.3. Поставщики компонентов к ИС МАХ757
Метод производства
Поверхностный монтаж
Миниатюрные для монтажа
в сквозных отварстиях
печатных плат
Для монтажа
в сквозных отверстиях
недорогих печатных плат
Примечания к табл.:
1. Collcraft (США): (708) 639-6400.
2. Coiltronics (США): (305) 781-8900.
Дроссели
Sumida
CD54-220 (22 мкГн)
Coiltronics
СТХ20-1
Sumida
АСН654-220
Aenco
RL 1284-22
Coilcraft
РСН-27-223
Конденсаторы
Matsuo
серия 267
Sanyo
серия Os-Con
органические полупроводники
с низким значением ЭПС
Maxim
МАХСОО 1150 мкФ
электролитические
с низким значением ЭПС
Nichicon
серия PL
электролитические
с низким значением ЭПС
United Chemi-Con
серия LXF
3. Matsuo- США: (714) 969-6291, факс (714) 960-6492; Япония: (Об) 332-0871.
4. Nichicon (США): (708) 843-7500, факс (708) 843-2798.
5. Aenco (США): (516) 586-5566, факс (516) 586-5562.
б. Sanyo OS-Con USA-CШA: (619) 661-6835; Япония: (0720) 70-1005, факс (0720) 70-1174 .
7. Sumida- США: (708) 956-0666; Япония: (03) 3607-5111, факс (03) 3607-5428.
В. Un1tea Chemi-Con (США): (70В) 696 2000, факс (708) 640-6311.
-
3
сз
o.1μFI
-
С1+
150μF :r::
Uвх.
ulblX.
L8I
LX 1----.ta.--~__.._____
.МАХl.М
МАХ757 оuт
§ЮН
FВ
REF
t80
GND
7
Рис.8.11
Схема реrупируемоrо повышающеrо
nреобразовотеля
lз44 I &АТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕСХЕМЫ ПИТАНИЯ
8.1.12. Стабилизатор/зарядное устройство
для четырех никель-кадмиевых аккумуляторов
На рис. 8.12 приведена схема включения драйвера на мощных М ОП транзисторах
на базе управляющей работой четырех аккумуляторов ИС LTC1155. Эта схема
имеет напряжение питания 5 В, не использует дополнительные элементы и спо
собна подавать управляющее напряжение 12 В на затворы двух n-канальных сило
вых МОП транзисторов. Ее можно применять в источниках питания портативных
компьютеров. (Батарея из четырех никель-кадмиевых аккумуляторов обеспечива
ет питание напряжением 5 В.) Транзисторы QЗ и Q4 должны иметь теплоотводы.
Стабилизатор отключается микропроцессором при снижении напряжения на бло
ке аккумуляторов ниже 4,6 В. Ток стабилизатора напряжением 5 В и ток нагрузки
2 А в ждущем режиме составляет менее 10 мкА. Стабилизатор снова включается
после возрастания напряжения аккумуляторов в процессе их заряда. (См. ~Linear
Technology~. Design Note 51, р. 1.)
---
'N 2А
-------
D1
М8RЗЗО
Саран11Ч11t1МеU~..----t~_,,..."--.....,~~~~--4~~......----+---..,.....----__,1------~
1()13
RТ1511НТС
kEVSIONE
Яl 1СХМ·2910·97-01
или хвмваnенпtЫЙ . _. . .. . .. _
.. ..
R1 АЗ
S.llk 10k
1У. '"'
R4
IOli
."
LED1
режим
бьtтроrо
мэмененмя
Я8
5111U
01
VI0222I.
R9
20'1
2W
....
'
Рис. 8.12 . Схема стабилизатара/зарядноrо устройства на ИС LТCl 155
8.1 .13. Термочувствительное зарядное устройство
для никель-кадмиевых аккумуляторов
'
'
'
Rl2
IOOk
'
"'
Бnо.
-= - 6atapej4
: мз4NiCd·
i~
.....,.,.__sv.2•
переключаемое
С6
•Щ.F
IOV
ЭПС<11Ю
На рис. 8.13 приведена простая схема термочувствительного зарядного устройства
для никель-кадмиевых аккумуляторов, а на рис. 8.14 - зарядные характеристики.
Термопары воспринимают одновременно температуру заряжаемых элементов
и окружающей среды. Интегральная микросхема А 1 обеспечивает необходимое
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ f345 I
"v
-!-&юк
r------ ---------- --- ~tie:d--
-
аuумуп~поров,
t
tV
- =-6v
(Jqrp. среда баmреи
Рис.8.13
Схема термочувствительного зарядного
устройства
Примеttа11ие к рис. В схеме используются
термопары типа К (=10 мкВ/0С). Подстро·
ечньtй nome1ЩUCJМe11'lp может быть исключен
(см. текст). Все заземленные точки необхо
димо соединить неnосреiJственно с источни
'КD.Аt (см. текст). Сопротивление 250 мкОм
(ШУНТ) изютовлено из провода диаметром
2,053 мм (кшшбр #12) и длиной 4J7 .мм.
усиление для сигнала термопар, имеющего микровольтный уровень. Потенцио
метр сопротивлением 1О кОм подстраивает необходимый уровень смещения нуля,
обеспечивая положительное выходное напряжение, достаточное для включения
транзистора. На рис. 8.15 показан простой способ изготовления недорогого низко
омного шунта с использованием провода небольшой длины или дорожки печатной
платы_ Сопротивление шунта зависит от типа и длины используемого проводни
ка. Меняя его значения, можно установить требуемые характеристики заряда.
В табл. 8.4 предстаw~ены зависимости сопротивления от длины проводов различ
ных диаметров, а также некоторые особенности шунтов, выполненных с примене
нием провода или печатного проводника. Такой шуm должен иметь отдельные
контакты для измерений (по схеме Кельвина), чтобы большие токи не влияли на
результат. (См. •Linear Technology•, Application Note 37, р. 4.)
<
2.6
2.4
22
2.0
1.8
1~~11.2
~ 1.0
...
0.8
0.8
0.4
D.2
о
..... "-
'L.
\
\.
'\"
'~
\.
\"
' !'\
"' ...
'-~
о20•1О80100120840
l!peмl, IМl'fП>I
Рис. 8.14 . Зависимость зарядного тока от
времени заряда
Н;цвtпенме
Q1П1ХJТ111118Н1 wyina
г Дllllнaоnредемет l
основноrо __ . .
__. ,.
toica
~11
ПJJOВQA
Провод
к rочке
к rочке
измерении
измерении
Рис. 8.15. Схема подключения низкоомною
шунта к термочувствительному зарядному
устройству
8.1 .14 . Зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов
На рис. 8.16 представлено термочувствительное зарядное устройство батареи ни
кель-кадмиевых аккумуляторов, подключенной к -«земле.. Транзистор включен по
1346 I &.АТАРЕАНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕСХЕМЫ ПИТАНИЯ
Та&пица U. Зависимость сопротивпения проводов от их длины и кали.бра
СтандартныА капибр
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
+V
•
i!:
диаметр, мм
2,59
2,3
2.05
1,83
1,63
1,45
1,29
1,15
1,02
0,91
0181
0,72
0,64
о.54
О.51
о.455
а.1,1
+У
-
6'1О1с
-
-
NICd-
Удеnьное сопротивление, мкОм/см
Рис.8.16
32.7
39.4
51,2
63
82.7
104,З
131,9
165.,7
208,7
263,8
350.4
393,7
511.8
669.3
826.8
1063
Схема термочувствительноrо зарядного
усrройства с заземлением батареи
... _____ _
··---·-- ---.. ..... .. -...
...::.. ~
Лрuмеча.ше " pue. Подстроечныu по
тенциометр может быть исклЮ'lен.
Все зазеМАенные точки необходи.мо со
единить пnпвМuи1'йМU непосредствен
но с UcmoчIOllCOМ nиmllНШI. ИспОJ1ьзуют
ся термопары типа К (::::40 мхВ/С)
Сопроrrшвление 250 мхОм изzотоВАеНО
из провода дипметром 2,051 .мм (ка
JШ6р #12) и длиной 4,57 мм.
~6У
схеме с общим эмиттером, следовательно, входные сиmалы интегральной микро
схемы А1 инвертированы. Тем не менее схемы, приведенные на рис. 8.13 и 8.16,
работают одинаково. Необходимо учесть, что в обоих случаях подстроечный по
ТеIЩИометр можно иСЮiючить, если в интегральной микросхеме LT1006 (при ее
заказе изrотовителю) будет задан требуемый уровень напряжения смещения нуля.
Все соединения с -«землей• должны быть вьmолнены: особенно внимательно и ка
чественно; провода с нулевым потенциалом следует выводить и подсоединять
непосредственно 1< общему выводу источника питания. (См. -cLinear Technology•,
Application Not.e 37, р. 2.)
8.1 .15. Переключаемое термочувствительное зарядное устройство
На рис. 8.17 представлена схема термочувствительною зарядного устройства для
никель-кадмиевых аккумуляторов, работающею в режиме переключения. В схемах,
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЬIХ СХЕМ С &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1347 I
cm=:J 11 Б::J--..:-~_:'"I Ohcs
r---·-·--··--•••••----"---·--------------------· : т1011F
:
А2
R8
=-
:
500k
100k
1
у+--~.....~.. . ..~---....,.,.,.---
:
у+
1
•
•1
':'
акруж. +
v•
средабmреи
С2
0.1
Ус iw
R5
IOk
5111
R8
1k
R7
1(111
Рис. 8.17. Схема переключаемого термочувствительного зарядного устройства
Примечание к рис. Подстроечн:ый потенциометр может быть исключен (см. выше). Все заземлен
ные точки иеобходимо соедwtЯть провод'#Шками иепосредствеиио с источииком питаиия. Использу
ются термопары типа К (:::::40 мкВ/
0
С).
приведенных на рис. 8.13 и 8.16, транзистор рассеивает некоторую мощность, что
создает определенные проблемы в случае очень малых объемов для монтажа, ха
рактерных для микромощных схем. Работа схемы, изображенной на рис. 8.17, ос
нована на возможности внутреннего сопротивления трансформатора ограничи
вать ток, проходящий через Q1 и батарею аккумуляторов. Полное сопротивление
источника питания можно задать при выборе трансформатора. (См. ~Linear Tech-
nology•, Application Note 37, р. 3.)
8.1.16. Термочувствительное зарядное устройство для
никель-кадмиевых аккумуляторов с низкоомным источником заряда
На рис. 8.18 приведена схема зарядного устройства, в которой источник имеет
малое значение полного сопротивления. Выход в данной схеме представляет со
бой понижающий импульсный стабилизатор. Микросхема 74СО4 обеспечивает
инверсию фазы и управление Q1 - р-канальным МОП транзистором. (См. ~Linear
Technology•, Application Note 37. р. 4.)
8.1 .17 . Контроллер ускоренного заряда аккумуляторов NiCd/NiMH
На рис. 8.19 приведена схема использования ИС МАХ713 в качестве устройства
для быстрого заряда током 1 А двух аккумуляторов. Изменяя значения сопро
тивления RsENSE и соединений PGMO-PGM3 (как указано в справочной доку
ментации на ИС), можно повысить зарядные токи и увеличить количество за
ряжаемых аккумуляторов. На рис. 8.20 представлена маркировка выводов, а на
1348 I БАТАРЕЙНЫЕ и МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
r-----------------------ю.-----"-------.------~-------,
i
1:rv 500t
51k
!
1
1
1
1
1
1
1
1
flV
1
1
:
7.cot':
1
1
~~
12V
1
qieдa батарем
С2
О\
RI
lk
117 -
IOll
Рис. 8.18. Схема зарядного устройства для источника с низким полным сопротивлением
Примечание к рис. ПодстроtNный потенциометр может быть исключен. Все заземленные точки
необходимо соединить проводниками непосредственно с источником питания. Все шесть э.леМРнmав
микрисхемы 74СО4 должны быть включенЬl паралл.ельно. Дроссель L1 фирмы Pulse Eпgineeriпg # РЕ-
92105. Используются термопары типа К (::::40 мкВ/0С).
N.C.
V+
ВАТТ+1---.........,_.
PGUO А1АХ1А1
PGM1 AfAXltЗ
•
2бllOICa
NCd-ar;yw.
по 800 mA·h 1С8ЖДЫЙ
PGM2
ВАТТ·1--.....,...._... '
РGМ3
'VSEНS('
llEF
ТLО
0250
VUMT
GNo----
Рис. 8.19. Схема контроллера ускоренного заряда
аккумуляторов
Рис. 8.20. Расположение
и назначение выводов ИМС
ММ..712/713
Примечание к рис. Марки
ровка выводов микросхемЬL
соответствует виду сверху.
ИнтеzральнЬlе микросхемы
выполнены в плоеном корпу
се с двухрядным расположе
нием выводов (D/Р-корпус)
ши в малаzабаритном кор
пусе (SО-корпус).
рис. 8.21
-
осциллограммы напряжений в схеме. Необходимо учесть, что схема на
рис. 8.19 не может обслуживать нагрузку в процессе заряда. Как правило, она
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1349 \
используется вместе с сетевым адаптеро~t, преобразующим переменный ток в по
стоянный. Этот адаптер содержит трансформатор, мостовой выпря\fптель и кон
денсатор, выполнен в виде компактного блока и вставляется в сетевую розетку. На
рис. 8.22 -8 .24 даны характеристики трех таких преобразователей, Н\tеющихся на
потребительском рынке. Выбирая сетевой адаптер, необходимо быть уверенным,
что при максимальном снижен1111 напряжения преобразователя во вре:мя быстро
го заряда уровень выходного напряжения адаптера все-таки будет превышать мак
симальное значение напряжения а~ку~1уляторов как минимум на 1 В. На рис. 8.25
приведена схема управления прекращенне\1 заряда с помощью тер:ш1сторов, име
ющих отрицательный температурный коэфф11ц11ент (NTC). В качестве Т1 11 Т2 не
обходимо использовать однопшные тер~шсторы одного номинала, чтобы полу
чить одинаковое изменение их сопротивлений во всем температур110~1 диапазоне.
Напряжение на выводе ТЕМР составляет 1 В (относительно вывоза БАТТ- ),
когда температура аккумуляторов равна температуре окружающей среды. Не
которые т11пы аккумуляторных блоков выпускаются со встроеюtЫ\f тер,шстором,
подключенным к отрицательному выводу блока аккумуляторов. В это'\1 случае
надо воспользоваться схе.мой, представленной на рис. 8.26. Тер~шсторы Т2 11 ТЗ
~южно заменить обычными стандартньшн ре:шстора~ш, есл11 пр11емле~1 абсолют
ный температурный предел прекрашения заряда.
-
--
·-
LX
SV/IJl:ll.
rN
~
"""
""'--
"~,.___
v """-
"
~
~
......
.....
VS(NSf
27QmV 200 r!N/J'fm
,,,. ~ ....
~ ........ --
.......
--
:--
---
"_.
се
2JN 500rrN/p.
Sμr./.11811
Рис. 8.21 . Осциллограммы напряжений в схеме
контроллера
200 400 600 1ЮО 1000
Tor: НilfPYЭDI, мА
Рис. 8.22. Зависимость
выходного напряжения сетевого
адаптера от тока нагрузки -
сетевой адаптер АС-190 срирмы
Sопу (9 В постоянного тока,
800 мА) для радиоприемников
Когда входное напряжение (Uвх. пост> отключено, абсолютное .максимальное
входное 11апряже1111с на выводе БАТГ+должно огран11ч•шаться ш1еш1111~111 эле.:мсн
тамп схемы, как показано на рис. 8.27 . При использовании батареи 11меются неко
торые потерн на резисторе RsENSE· Они могут быть з11ачитель11ым11 только в том
случае, когда сопротивление RsENSE на.много больше внутреннего сопротивления
аккумуляторного блока. Схему, приведенную на рис. 8.28, можно использовать
для шунтирования RsENSE в тех случаях, когда питание зарядного устройства от
ключено.1 lа рис. 8.29 показана схема, позволяющая с помощью выходов логического
lзso 1 5АТАРЕЙНЫЕ и МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
111
j'
s._......_..__.._.._._._._..._.
о 200 400 600 800 1000
Ток l&'IJrXll, мА
Рис. 8.23. Зависимость
выходноrо напряжения сетевоrо
адаптера от тока нагрузки -
сетевой адаптер AC-96N фирмы
Sony (9 В посrоянного тока,
600 мА) для проигрывателей
компакт-дисков
IАП-
1pf
18
rt\
~
~
16
'
!'\.
"
r\.
~~~
~ 1'.
Мalu!1'.,., ~
~1~
""'
"'"
10
•о 200 400 600 800
Ток IWJIPCll, мА
Рис. 8.24. Зависимосrь
выходного напряжения сетевого
адаптера от то1Са нагрузки -
сетевой адаптер КХ-А 11 фирмы
Paпasonic (12 В посrоянного
тока, 500 мА)
Рмс.8.25
Схема термисrорного управления прекраще
нием заряда
Примnание к рис. Если допусти.wо пра;•.
щение заряда по преде.'lьной абсшютной mt "
пературе, термисторы Т2 и ТЗ можно ЗйJt·
нить стандартными резистора.wи.
Рмс.8.26
Вариант схемы управления прекращением
заряда для всrроенных термисrоров
Примnание к рис. В случае, еели допустWt
прекращение заряда по предельной абсолюrr. ·
ной температуре, Т2 и ТЗ можно за.мениrr. ·
стандартны..wи резисторами.
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ с &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ lзs1 1
Uu. пост.
R2
1500
А4АХ1А1
МАХ112
МАХl13
01
01
OflV
ВАТТ·---
к l10JIODllenwtDI
lbllQAY
6Рарем
02
Рис. 8.27 . Ограничение максимального входного
напряжения на выводе ВАТТ+
01
100k
.мАХ1А11
мшr2
мшrз
100k
V+
.зе..м.
Рис. 8.28. Шунтирование ~NSE при
отключении питания зарядного устройства
Примnание к рис. • - п-канальный шю
вой nо.'lевой МОП транзистор с низкиw
RoNo
уровня определить режим работы зарядного устройства, а на рис. 8.30 - схема уп
равления светодиода~ш. индицирующими режи:\IЫ работы зарядного устройства.
(См. ~мaxim New Releases Data Book•, 1994, р.р. 4-60-4 -64.)
А4АХ1А11
1МХ712
1МХ!rЗ
~ 1-------•ОV•~эарАД
Уа: :а НIW1JUlllМll ttef
Рис. 8.29. Определение режима работы
зарядного устройства
МАХ1JМ
МАХ112
МАХ1'3
Рис. 8.30. Индикация режима роботы
зарядного устройство светодиодами
8.1 .18. Зарядное устройство с линейным стабилизатором
На рис. 8.31 представлена схема использования ИС МАХ713 в устройстве ускорен
ного заряда (с линейной стабилизацией) никель-кадмиевых и никель-металлошд
ридных аккумуляторов. Здесь решены две взаимосвязанные проблемы. которые
имеют место в портативных источниках питания, - переключение с батарейного
питания на сетевое при включении внешнеrо сетевого адаптера в розетку 11 заряд ак
кумуляторов. ИС МАХ713 обеспечивает ток питания системы одновре~1енно с заря
дом аккумуляторов, контролируя и стабилизируя ток аккумулятора. На рис. 8.32 по
казана рабочая область схемы. ИС МАХ713 должна быть запрограммирована на
требуемое количество аккумуляторов и время заряда посредством перемычек,
как указано в технической документации. (См. ~мaxim Battery Management Cir-
cuit Collection•, 1994, р. 2.)
(352 ( БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Orмcnнoa ________w_
02955 ~,..МJ
____,
~ 1.0
о
+
~10\1
111
МJD'2955
тOlф.qJ. = +10 ·с.
свобод. юэдух
1
1500
,.
DflV vw.aл 1
16
v. AAA1JIAA'fli.f
МAXlll 7
П'81Р
IN4001
Рис.8.31
мп.11-2-__.
Ulil--
К наrрузке Устройство ускоренного заряда
с линейной стабилизацией
5 1Н1
+
~~~
"
Рис.8.32
+
-=-
RSENSE
0250
Примечание "рис. Допол11итель-
11ые межвыводные соединения д.'IЯ
задания количества и време11и
заряда акку.иу.11яторов (PGMO-
PGMЗ) представ.1ены в те:rничес
ких описанияr интеzра.'lьных ми
кросхе.и МАХ71З/МАХ712.
о
5
10
15
20 Зависимость разности входного и выходного напряжений
от суммарного тока заряда и нагрузки
Разность наnраений lJвx. - Uвых.. В
8.1 .19. Источник питания флуоресцентных ламп подсветки
На рис. 8.ЗЗ прпве;{ена cxe:'\ta использования ИС МАХ752 в качестве 11сточ1шка
питания для флуоресцентных (дюм11несцентных) ла:'\tп с холодны~~ катодом. Та
кие лампы требуют высоковольтноrо питания переменным напряжением от от
дельноrо 11сточ1шка. Это связано с те~•. что источник питания лампы физически
должен находиться рядом с табло (для снижения потерь из-за е:'\1кост11 кабеля).
Как правило, флуоресцентная ла~ша с холодньш катодо:'\f потребляет около 2 Вт
от источника пере~rенноrо тока с напряжением 400 В для зажигания дуп1 и вклю
чения лампы (при это:\t в момент включения ла~шы источник должен иыеть на
пряжение около 1200 В). В рассматр11ваемоii схеме ИС МАХ752 действует как
11.мпульсныii стабилизатор тока, п11тающеrо оконечный каскад класс11ческоrо rе
нераторноrо преобразователя Роера. Схема Роера управляет трансформатором
(33:1), который повышает напряжение до высоковольтноrо (порядка 1200 В). Ем
кость конденсатора С2 и индуктивность первичной обмотки трансфор~1атора об
разуют резонансный контур, вырабатывающий для ла~шы синусоидальный управ
ляющий с11rнал с н11зки~1 значением электромагнитных помех. Пульсирующий
сигнал, пропорциональный току ла~шы, после однополупериодноrо выпрямления
Вход
4.5 -16V
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ с &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ lзsз 1
Фл~nамnа
фоновой подсвеnи
са
14 I22pf
47t -
R5
20t
01
1N4148
02
llWЩ
Рмс.8.33
Схема источника питания дпя люминесцент
ных ламп подсветки
Лри..чАание "рис.
Т1 - SL.\!IDA 6345-020 1L1и COILTRONICS
CfX110092-1 .
L2 - COILTRO.VICS СГХ 100-4.
С2 - \\JMA FKP2 (с низкu..\lu потеря.,,и).
подастся на вход обратной связи l IC МАХ752. Это поддерживает ток флуоресцен
тной лаJ.шы на постоя11но~1 уровне. Требуе~1ая яркость фоновой подсветки табло
устанавливается резистором R2. (См. •l\laxim Engineering journal~, vol. 3, 1994, р. 51.)
8.1 .20. Комбинированный источник питания ЖК дисплея
На рис. 8.34 приведена схема включен11я ИС МАХ753, в которой обеспечивается
как фоновая подсветка, так и контрастность ЖК дисплея. Постоянное напряже
ние контрастности от -12 до -24 В вырабатывается при совместной работе мощ
ного стабилизатора и схемы перекачивания заряда, управляемых внутренним пя
тиразрядным ЦАП, что обеспечивает .м11кропроцессорное управление яркостью.
Схема работает при входных напряжениях 6-20 В, ток покоя составляет 3 мА,
выходная мощность - З Вт. (См. •Maxim Engineeringjournal~. vol. 3, 1994, р. 53.)
8.1 .21 . Источник питания ЖК дисплея с цифровой подстройкой
На рис. 8.35 приведена cxe~ta включения ИС МАХ749 в качестве источника пита
ния цепи регулировки контрастности ЖК дисплея с цифровой подстройкой отри
цательного выходного напряжения. На рис. 8.36 представлена зависимость КПД
от тока нагрузки. ИС имеет внутренний пятиразрялный ЦАП, которыii под
страивает напряжение питания ЖК дисплея (в пределах значений от одной
трети до полномасштабного) с помощью последовательного интерфейса. При
lзs4 I БАТАРЕЙНЫЕ и МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
+SVВХОД
102HI.
01-04a1N4148
L1• SWIDA С075-220
L2 • COILТRCNCS СТХ2G-4
11 • COILТRONICSCТXD1·1~1
01А/018 • SlttSЭOr
Батарейный
вход
Рис. 8.34. Схема комбинированного источника питания ЖК дисплея
ВыходнаЖКИ
-12 ••. -24V
При.'Vечание к рис. Д.'IJl приведенных на cxe.4le эле.иентов влодное напряжение батареи может со
ставлять 8,5-16 В. Элементы схе.wы для подстройки контрастности ЖК дисплея и ф!lуоресцент
ной ла.wпы с хо:юдны.м катодом необязате:zьны.
этом не требуются подстроечные потенцио~1етры. Схема работает при входных на
пряжениях 2-6 В, ток покоя составляет 31 О мкА, выходной ток может достигать
25 мА. (См. •Maxim Battery Management Circuit Collection•, 1994, р. 46.)
8.1.22. Источник отрицательного напряжения для ЖК дисплея
На рис. 8.37 приведена схема включения ИС МАХ759 в качестве источника пита
ния цепи реrулировки контрастности ЖК дисплея с выходным напряжением -24 В,
использующего автотрансформатор. На рис. 8.38 показана зависимость КПД от
тока нагрузки. ИС пмеет встроенный р-канальный МОП транзистор с малым зна
чением насыщения. Использование автотрансформатора сглаживает импульсные
токи с высокими пика.ми и снижает импульсное напряжение на переключающем
транзисторе. Схема работает при входных напряжениях 4-6 В (максимальное зна
чение разности между входньш и выходным напряжениями - 30 В). ток покоя схе
мы составляет 3,7 мА, выходной ток может достигать 50 мА. L1 при монтаже нужно
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ с &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ lзss I
Вход
+
22JiF *
1v.
cs8
~1
AUJaAt
2 lfAX14fJ
ADJ
1Н
3-
IJl.OW
SION
4F8
GNO
-
1.2М
Рис. 8.35. Схема источника питания ЖК дисплея
с цифровой подстройкой
- 2(V
выход
90 --...-
11О -
_,_
~70
~80
-
_,_
/
-~
so
1-~
•
-
40
1CIO)IA
._""
-
-1-
/
... ioo'
~
u.... =sv"
,____
_,_
~._"
-
-·
1mA
10mA
100mA
т()К нагрузки
Рис. 8.36 . Зависимость КПД схемы от
ПpuмetUIНUe крис. L1- SUMIDA CD54-470 . Q1 - ZЕГЕХZГХ750 тока нагрузки
v.
11. 12
LX
-=-
z-
SНDff
-=-
1N5811
Выход
се
о... -24v
-
3
при50mА
I""
0.D47ii :ь
00111
LI •С~ С1Х100-1 ИЛИ IМGtEТICS. INC "КОО.·МU" 710»А1
30 + 3D ВИ1ХОВ 21 AWG
Рис.8.37
Схема источника питания ЖК дисплея но
ИС МАХ759
Примеt1ание "рис. ИС выключается при
напряжении на выводе 2 менее 0,25 В; вклю
чается при напряжении, которое превыша
ет величину (Uвх - 0,5 В).
располагать как можно ближе к И С для снижения индуктивной составляющей
сопротивления проводника печатной платы. подключенного к выводу Lx. (См.
~мaxim Battery Management·Circuit Collection•. 1994, р.р. 47-48.)
8.1 .23. Микромощный источник питания ЖК дисплея
На рис. 8.39 приведена схема включения И С МАХ634 в качестве микромощноrо
источника питания цепи реrулировки контрастности ЖК дисплея, имеющего вы
ходное напряжение, реrулируемое в диапазоне -5.. . - 15 В. На рис. 8.40 показана за
висимость КПД от тока нагрузки. Эта схема источника питания в основном пригод
на для использования в небольших мультиплексируемых ЖК дисплеях, например
в телефонах сотовой связи. Схема работает при входных напряжениях 4-6 В (макси
малыюе значение разности между входным и выходным напряжениями составляет
f356 f 6АТАРЕЙНЫЕИМИКРОМОЩНЫЕСХЕМЫПИТАНИЯ
90
"-_::
..:.."
}~~
~~~
u"= 5,5 ,V
·.
80
1
1
Ua:=4,5 V
j
50/
40
1mA
10mA
100mA Рис. 8.38
Зависимость КПД схемы от тока наrрузки
Ток наrрузки
Вход
1 1.ВR
1f«148
2
tJI)
VREft-7-t----~L_
Рис.8.39
--- --
3
сх~.vs
-5 ·•• -15 V Схема микромощноrо источника питания
• GN>
~х ....5__ __ __.....__выход
ЖК дисплея
L1·~CD43-151
При-wечание к рис. ВЬtключение проис
ходит при напряжении вЬtше ЗВ, вк.чю
чение - при напряже11ии менее 0,2 В.
24 В). ток покоя равен 500 ~1КА, выходной ток может достигать 1О мА. На рис. 8.41
представлена cxt.:)ta, R которой увеличение максимальной разности между входным
и выходным напряжения~ш достигается путем за~1ены дросселя автотрансфор.ма
тором. (См. •Maxim Battery Management Circuit Collection~. 1994, р. 48.)
70
1
,,,,_. ..-
"""
1
..,_ =5
1О
~
11111
"
U... =-15V
/
30/
/
20
1DO&IA
1mA
10mA
Ток наrруэки
Рис. 8.40. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
Вход
4.5 -10V
.vs
GНD
r---18t---.-- nодстраиваемый
ВЫХОД
-'lOVМAX
I
"
-=-
Рис. 8.41 . Схема с максимальной разностью между
входным и выходным напряжениями
Примечание к рис. В трансфор:wаторе Т1 от1ю
шение количества витков в об.wотках составляет
А:В - 3:1 и,,1и более. И11дуктивность перви~той об
мотки (В) равна 220 .чкГн при токе 400 мА.
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ с &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ lзs7 I
8.1 .24 . Источник питания ЖК дисплея с перекачиванием заряда
На рис. 8.42 приведена схема включения ИС МАХ634 в качестве 11сточн11ка пита-
1шя цепи регулировки контрастности ЖК дисплея, в котором для повышения
эффективности использован принцип перекачивания заряда. На рис. 8.43 показа
на зависимость КПД от тока нагрузки. Применение данной схемы особенно целе
сообразно в случае работы источника питания ЖК дисплея непосредственно от ба
тареи, поскольку в ней импульсный стабилизатор усиливает входное напряжение
до более высокого положительного выходного напряжения, а отрицате.1ьное выход
ное напряжение образуется пр11 перекачивании заряда с помощью переключающего
узла. Схема работает при входном напряже1111114-16 В (4-8 элементов). потребляет
ток 330 мкА в режиме покоя 11 обеспечнвает выходной ток до 30 мА. Необязатель
ное подключение D1 (на схеме показано пунктирной линией) испо.1ьзуется, когда
напряжение батареи превышает абсолютное значение выходного напряжения. Если
такая возможность полностью исключена, следует соединить D1 с •землей•. (См.
• Maxim Battery Management Circuit Collcction~ 1994, р.р. 49, 50.)
Вход
01
:- · ----· -- ---- ---- -- •-- ···· --- ··- --·-----~Подключение01
:
LttЩaH
61111F35V ~
10Jaf ~
Вкл./ВЫкл.
1N4148
3сх
•VS
txs
...........
tOk
47pf ~
АСАХа34
1 LВR
4GNo
=
10k ISk
01\d'~
Рис. 8.42 . Схема источника питания ЖК дисппея с перекачиванием 3аряда
-12 ... -22V
выход
Примечание "рис. ИС выключается, коzда напряжение на выводе З превышает З В, и включается
при напряжении менее 0,2 В. Если в качестве D1 и D2 прlL"еняются диоды 1N5819, КПД составляет
89%, а при использовании 1N4148 - 80%. В качестве дроссе.ilя L1 рекомендуется при.4tенять
Coiltronics СГХ100-4 (подключе11ие 7 или 8 zальваиических эле..4tеитов на входе) либо Suтida CDR-74
или Coiltronics СТХ100-2 (подключение r1a входе 6 zальванических э.!lементов).
8.1.25. Источник дпя цепи реrулировки контрастности цветного ЖК дисплея
На рис. 8.44 приведена схема включения ИС МАХ641 в качестве источника п11та
ния цепи регулировки контрастности ЖК дисплея с положителы1ы~1 выходным
напряжением 26-38 В (для цветных дисплеев). На рис. 8.45 показана зависимость
КПД от тока нагрузки. Схема работает при входном напряжении 4,5-15 В (5-8
элементов), потребляет ток 550 мкА в режиме покоя (входное наnряжение - 5 В
и выходное - 26 В) либо 1 мА (входное напряжение - 9,6 В и выходное - 38 В)
и способна обеспечить выходной ток до 30 мА. Нестабильность выходного тока
lзsa I БАТАРЕЙНЫЕ и МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
100
11
u81t..тv
'
. ...
i..- -
111111
80
~~ i---
-
u81t.~ 1ov
l,.o'i.- ~~
~~ i.o8'~
~~
70
1mA
10mA
Ток наrрузки
100mA Рис. 8.43
Зависимость КПД схемы от тока наrрузки
Вход
1М4935
GNO 1.81 L80
312
L1• COIL1RONICS СТХ5О-4 ИЛИ серии SUМOA СО-105
Рж. 8.44 . Схема источника питания цветноrо ЖК дисплея
8ыход
26-38V
Примечание крис. Напряжение 8Ьlк.:1юченWl - менее 0,4 В; напряжение включения пребЬlШflеm 1В. Ц1,
ктирной :zинией м ае.ме обведена схема оmКJ1ючения, которая .wожет uаIОJ1ьзоваться дono,тнume.Jlt-J,
стабилизированного источника при изменении нагрузки составляет 0,06%/:мА
нестабильность выходного напряжения - 0,16%/В. уровень выходного шума
-
200 мВ от пика до пика. Диапазон входных напряжений делает схему пригоднш
для использования входного стабилизированного напряжения +5 В либо дл ·
непосредственного питания от батарей. При входных напряжениях более 7 !-
100
U... ·26У. U"•85V, L1 .1ооμН
90
u.... заv. u. · sv. L1 • 50μН
70
1О
о
10rnA
20mA
Ток наrрузки
30mA Рис. 8.45
Зависимость КПД схемы от тока наrрузки
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ с &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ lзs9 I
необходимо применить дроссель с индукn1вностью 100 мкГн (фирмы Coiltronics
СТХ100-4) для снижения шумов и пульсаций на выходе. (См. •Maxirn Battery
Management Circuit Collection•, 1994, р. 50.)
8.1 .26. Сдвоенный драйвер, переключающий повышенные напряжения
На рис. 8.46 приведена схема включения ИС LTC1155 в качестве драйвера тран
зисторных М ОП переключателей, подсоединенного к выводам с повышенным на
пряжением (см. главу 2). Питаясь от источника с напряжением 5 В, схе~1а выраба
тывает напряжение 12 В, достаточное для полного открывания n-кана..1ьных М ОП
транзисторов. При этом не требуются внешние компоненты. Типичное значение
потребляемого схемой тока составляет 85 мкА при полном открывании транзис
торов и 8 мкА при переводе ИС LTC1155 в режим ожидания (оба входа выключе
ны). Такая комбинация n-канальных МОП переключателей с малым падением на
пряжения и микромощноrо драйвера - очень эффективное средство управления
мощностью при комплексных нагрузках. Эффективность переключения на уровне
99%- явление обычное. (См. •Linear Technology•, Application Note 53, р. 1.)
~-.------------.....-- -- -- -- -- -
DSt
DS2
lfl~~":_:__t'-:
...155___ .
Рис.8.46
Схема сдвоенного драйвера но повышенные
напряжения
8.1.27. Сдвоенный переключающий драйвер повышенного напряжения
На рис. 8.47 показан вариант включения интегральной микросхемы LTC1155
в качестве переключающего драйвера для напряжений, превышающих 9 В. Эта
схема аналогична предыдущей (см. рис. 8.46), за исключением дополнительных
стабилитронов. (См. •Linear Technology•. Application Note 53, р. 2.)
-.9'1
DSt
Стандарmый
N-канаnьный
G1
моп транзистор
12V"
INt
': "'
Vs
LТС1155
GND
':'
DS2
':'
Рис.8.47
Схема сдвоенного дройверо
коммутоторо повышенного
напряжения
Примечтше к рис. В качестве
стабшитронов, отмеченных
звездочкой, для мо"тажа в от
верстия печатных плат (на
весною) следует использовать
1N5242B, для поверхностною
монтажа - MMBZ5242B.
l360 / БАТАРЕЙНЬIЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
8.1.28. Снижение влияния бросков тока при высокоемкостных нагрузках
На рис. 8.48 приводится схема, которую пр11~1еняют для снижения макс11:\tальноr
выходного тока в схемах, изображенных на рис. 8.46 и 8.47. В устройствах, исполь
зующих батарейное питание, схемы источников часто шунтируются конденсаторо:\
большой емкости для уменьшения переходных процессов. Такие конденсаторь..
фильтров при включении моrут потребw1ять большой ток. Напр11.мер, показанная
нагрузка емкостью 100 мкФ в состоян1111 вызвать пусковой ток 10 А (уровень. зна
чительно превосходящий возможности стаби.11изатора) и, вполне вероятно, исклю
чить воз:можность запуска. Схема, представленная на рис. 8.48, снижает пусково~
ток при.мерно до 15 мА. (См. •Linear Tcchnology•, Application Note 53, р. 3.)
>5.4У
LT1121·5
...
...
01рfт
"='
T'aaf
_г IN
Ys
rн
~
"='
LTC11~
R1
tOOli
STAТUS
G
F
+С1
Выход
Рис.8.48
GNO
SD
т·~ ~ Схема ограничения максимального
"='
-:
Т'Щ&f выходноrо тока при емкостной нагрузке
8.1.29. Контроллеры двунаправленных МОП переключателей
На рис. 8.49 приведена схема ручного двунаправленного переключателя, а 11а
рис. 8.50 - автомат11ческоrо. Подобные схемы применяются в тех случаях, когда
напряженне источника питания может быть выше или ниже напряжения на нагруз
ке при питании от вспомогате.1ьного источника. В схеме, показанной на рис. 8.49,
вык.1ючатсль St отключает батарею и от нагрузки, и от источника, когда подается
входное напряжение Uвх (от сетевого источника питания). При этом напряжеюt{;
нагрузки может быть выше или ниже напряжения батареи, без принудительного
прохождения тока в батарею или из нее. В более практичной автоматической схеме
на рис. 8.50 транзисторы Q1 и Q2 полностью отключают батарею от нагрузки, как
только на схему подается входное напряжение U вх от сетевого источника пита
ния. Два встречно включенных диода в цепи затворов Qt и Q2 препятствуют
u.
6-18V
Рис.8.49
Схема ручного двунаправленного переключателя
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С 6АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ l 361 1
u.
6-18V
D1
1N5817
R4
...
1CIOll
4-10- = -
элементов =
R2
IN
-!
11111
А1
1k
m
D2
DЭ
1N5242 1N4148
LТС1154
RЭ
STAТUS
Gt--------
91k
GND
SD
Рис. 8.50. Схема автоматического двунапровnенноrо МОП nерекnючотеnя
протеканию тока через выключатель при отсутствии управляющего напряжения
на затворе.
Вход EN (разрешающий) ИС LTC1154 сле;щт, чтобы напряжение сетевого адап
тера прсньппало 3 В, и инвертирует дсiiствие выключателя так, что Q1/Q2 под
ключают батарею к нагрузке при отключе111111 сетевого источника питания. (См.
•Lincar Technology•, Application Note 53, р. 3.)
8.1.30. Переключающий драйвер для напряжений 18-28 В
На рис. 8.51 приведена схема включения ИС LTC1155 в качестве переключающе
го драйвера для напряжений 18-28 В, хотя семейство ИС LTC1154/55/56 первона
чально разрабатывалось для работы в диапазоне напряжений 4.5 -18 В. На выводе
питания V5 установлено напряжение 18 В. Эти драйверы, как правило, вырабатыва
ют управляющее напряжение 36 В при напряжении питания 18 В. Оно полностью
открывает n-ка11аль11ые тра11зисторные МОП переключатели, работающие в диа
пазоне 18-28 В. В схе}1у добавлены стабилитроны, смещающие потенциал на 12 В,
что гарантированно предотвращает превышение максимально допустимых значе
пиii напряжения VGS МОП транзисторов. (См. •Linear Technology•, Application
Note 53, р. 4.)
1e-2av--e-- -----e-- ---- --.
18V
tTC1155
GND
Рис.8.51
Схема драйвера-коммутатора
напряжений 18-28 В
Примечание крис. В качестве
стабилитроrюв, от..wечеrтых
звездочкой, д.~я навеа1оzо мо11-
тажа следует использовать
1N5242B. д.~я поверхностного
монтажа - MMBZ5242B.
l362 I &АТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
8.1 .31. Экономичный переключающий драйвер напряжений 18-28 В
На рис. 8.52 приведена схема включения ИС LTC1155 в качестве переключающе
rо драйвера, обладающеrо сверхмалым потреблением в ждущем режиме. Данная
схема похожа на предыдущую (см. рис. 8.51 ), но в ней сопротивление резистора
R1 увеличено до 330 кОм и добавлена компенсирующая цепь R2D2. Эти измене
ния у~1еньшают ток покоя до значений менее 30 мкА, который увеличивается толь
ко после срабатывания переключателей и опять спадает до 30 мкА после выключе
ния и перехода ИС LTC1155 в ж.дущий режим. (См. •LinearTechnology•, Application
Note 53, р. 4.)
18·28V-4------+-------
18V
G2
LTC1155
IN1
GNO
IN2
":'
":'
02
Рис.8.52
Схема экономичного драйвера-коммутато
ра напряжений 18-28 В
8.1 .32. Управление питанием портативного компьютера
На рис. 8.53 приведена схема включения ИС LTC1156 в качестве схемы управле
ния питанием (и защитой) компонентов портативного компьютера или подобного
устройства. Каждая нагрузка в схеме активизируется микропроцессором только
тогда, коrда этот модуль требуется для обработки или отображения информации.
Когда он не используется (это определяется .микропроцессорным управлением),
то переводится в режим ожидания, при котором ток покоя снижается до несколь
ких микроа.\Шер. Так, в режи~1е ожидания ИС LTC1156 с отключенными четырь
мя входами ток покоя обычно составляет 16 мкА. (С.м. •Linear Technology•, Appli-
cation Note 53, р. 1О.)
8.1 .33. Управление блоком питания
с четырьмя никель-кадмиевыми аккумуляторами
На рис. 8.54 приведена схема использования одноrо канала интеrральной :микро
схемы LTC1156 для управления выходным напряжением блока из четырех ни
кель-кадмиевых аккумуляторов, применяемых для питания портативного или пере
носноrо компьютера. На рис. 8.55 представлены типичные характеристики разряда
блока из четырех никель-кадмиевых аккумуляторов. До тех пор, пока напряжение
на входе стабилизатора достаточно для обеспечения выходного напряжения 5 В,
стабилизатор подцерживает напряжение 5 В. При уменьшении напряжения акку
муляторов ниже 5 В МОП транзистор полностью открывается и выполняет пря
мое соединение между аккумулятором и компьютером. Схема контроля напряжения
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1363 /
5V
...
T'~F V5 V5 DSt
DS2
5V
DS3
DS4
INt LTC1156
Управляющая
IN2
логика или
микроnJЮЦессор
INЗ
IN4
GND GND
':"'
': "'
Рис. 8.53. Схема управления питанием портативного компьютера
Примечание к рис. Все элементы данной схемы предназначе11ы для поверхностною ионтажа. На схе
ме показано .минrLиальное количество эле.ментов. Для каждой наzрузки предельные значения токов
можно установить по отдельности и соzласовать с индивидуальными характеристика.wи наzрузки.
Резистор R1 - JMS026 производства lntemational Maпиfacturiпg Seruices, Jпc.
Блсжиз +
4NiCd-
-=-
+
ащuу- _; _ Т_47..,
яяторов -!-
Gt
5VnA
Сtаб.
переmочаемые
1
вm
Ltt1151
IN1
IN2
G2
IN3
G3
i
.,..
1
Ошибка
G4
ISl9858DY
:s:
200pf
10.ll5Q
~
О11> GNO
1
1Clt
-:
IN4148
-:
':'
':'
Рис. 8.54. Схема управления блоком питания с четырьмя никель-кадмиевыми аккумуляторами
Примечание к рис. Конденсатор, от.меченный на схеме звездочкой, должен и.меть эквивалентное
последовательное сопротиВllение (ЭПС) менее 0,5 Ом. Резистор, отмеченный на cxe.we двумя звез
дочками, - JMS026 фирмы lпtematioпal Maпиfaduriпg Seruices, /пс. (те.л. (401) 683-9700).
lз64 I &АТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
аккумуляторов микропроцессора отслеживает падение напряжения аккумулято
ров ниже уровня 4,6 В и принимает превентивные меры (по сохранению инфор
мации, напри).tер) до того, как батареи разрядятся полностью. Три оставшихся
канала ИС LTC1156 используются как переключатели (под управлением 1\ШК
ропроцессора) питания остальных блоков компьютера. Количество переключа
ющих элементов при необход11~юсти ~южет быть увеличено за счет добавления
ИС LTC1155 или LTC1156. (См. •Linear Technology•, Application Note 53, р. 11.)
8
'-~
1
1
Рмс.855
0
о 20 40 во во 100 120 140 Стандартные характеристики разряда бnока из четырех
РазрядJtая емкость(% от номинаnьной) никель-кадмиевых аккумуляторов
8.1 .34. Переключатели для работы в схемах напряжением 3,3 В
На р11с. 8.56 показано включение ИС LTC1157 в качестве схе~tы управления отно
сительно высоковольтными ключа).ш (c~t. главу 2), ко~1~1утирующш.ш две нагруз
ки с напряжение~~ 3,3 В. На рис. 8.57 приведены характеристики напряжения на
затворе (превышающем напряжение источника питания) для интегральной мик
росхемы LTC1157, которая представляет собой сдвоенный низковольтный драйвер
11а МОП транзисторах, спеuиально созданный для работы в диапазоне напряжений
2,7-5,5 В. Внутренняя схе~1а перекачивания заряда ИС LTC1157 устанавливает
напряжение управления затвором на 5,4 В выше положительного напряжения
источника питания 3,3 В (ил11 на 8,7 В выше уровня •земли•). Это напряжение
полностью открывает n-канальный МОП транзистор. На рис. 8.58 представлена
зависимость RDS(ON) от VGS для типичного n-каналыюго МОП переключателя.
(C:'.t . •Linear Technology•, Application Note 53, р.р. 11, 12.)
+
'Cls&FT
Рмс.8.56
питания
Схема коммутатора нагрузок З.З В
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С 6АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ f365 j
12
/
/
10
/
/
/
/
4
2
о
2
3
4
6
Напряжение источника питания, V
Рис. 8.57 . Зависимость напряжения
затвор-исток от напряжения
питания
8.1 .35. Электронный прерыватель
100
а
~10 !
!11
s
~t;
Q)
~- : L'fCt 157 напряжение 11М'3НИ11
-
3.0V.33У.3fN
s
:z:
Q)
а
[ 0.1
...
1
1""'- .- ..
!11
1
-
.
-
с:
8
1
001
1
2
3
4
5
6
7
Напряжение затвор-исток, V
Рис. 8.58. Зависимость
сопротивления сток-исток(~ от
напряжения затвор-исток (VaJ
На рис. 8.59 приведена cxe~ia включения ИС LTC1153 в качестве теп·ювоrо вы
ключателя, а на рис. 8.60 и 8.61 - соответственно характеристики 11 вре,1енные ди
аграм~1ы. В случае превышения допустимого уровня тока ИС LTC1153 прекраща
ет подачу напряжения к нагрузке и остается в отключенном состояшш на время,
заданное внешним конденсаторо:\1 Ст- После этого схема автоматически включа
ется и нагрузка вновь подключается. Если ток нагрузки остается слишком боль
ШИ:\t, выключатель снова отключает питание. Такой цикл работы продолжается до
тех пор, nока ток превышает номинальное значение, тем са~1ым защищая как чув
ствительную к превышению тока нагрузку, так и силовой МОП транзистор. Зна
чение постоянного тока отключения .iадается сопротивление1\t RsEN при токе 1 А.
Время задержки отключения (см. рис. 8.60), задаваемое резистором R0 и конден
сатором С0, уменьшается при увеличении тока (подобно механическим прерыва
телям). Каждые 200 мс, пока не будет прекращено действие условий перегрузки,
выключатель автоматически возвращается в исходное состояние (включается).
Выход с открытым стоко:\t STATUS •предупреждаеп центральный микропроцес
сор всякиii раз, когда цепь разрывается. Вход отключения (SD), взаимодействуя
12V
&11./вЫКJJ.
IN
Vs
5V
5111
О.~Т Ст
LТС1153
zsu ':'
SТAТUS
G
К микропроцессору
GNO
so
':'
1О'С
Рис.8.59
положительный
ткс
Схема теппового выключатепя на
' ::'
" ::"
ИСLТСl 153
1366 f БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
10
RSfн•O.Ш
\.
R0 •100k
'\.
Со• 0.01μF
...
.....
!""
"' ""-
-
-
!""
""~
0.01
1
2
51020
50 100
Ток выключателя, А
Рис. 8.60. Зависимость времени
отключения от тока через
выключатель
Перегрузка
Нормальный по току Нормальный
Выкл.1режим1 (автоматическое 1режим1 Отклю- 1выкл.
1
1 восстановление)
1 1чение 1
вход--J --н-.щ"· i L
Выход
Задание__..,__~
времени 1
11
fl
1
--i 90ms • Г---
Отключе.~ни;.;,;е;..~.1__. ___ __ __ _.. .._ _
_.
.____
Рис. 8.61. Временные диаграммы работы схемы теплового
выключателя
Примечание к рис. Все временные интервалы на диа
грамме относятся к случаю применения в схеме указан
ных компонентов.
с термистором, имеющим положительный температурный коэффициент сопро
тивления, контролирует условие превышения температурой уровня 70 °С и тоже
производит отключение. (См. ~Linear Technology», Application Note 53, р.р. 15, 16.)
8.1 .36 . Защита цепи питания интерфейса SCSI
На рис. 8.62 приведен возможный вариант использования интегральной микро
схемы LTC1153 для защиты цепи питания схемы последовательного интерфейса
SCSI. Для изображенных на схеме компонентов постоянный ток ограничен значе
нием 1 А, время задержки отключения составляет 1 мс. Прерыватель сработает,
если произошло короткое замыкание в кабеле или разъеме, и попытается повтор
но подключиться через каждую секунду до тех пор, пока короткое замыкание не
будет устранено. После этого цепь питания возвращается в нормальное состояние,
а интерфейс восстанавливается. Микропроцессор способен всегда контролировать
•
1100,.f
Вкл./выкл.-1-----.. 1N
51k
2 1:,
ОЩ•f
Z5U
ttCl153
Состояние
З STATUS
GNO
'":
IOk
1N4148
110]
110
05
1N4148
Gб
50
5
'":
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1367 I
С1+
1~ :r:
16V -=
Вкл./выкл.
232122
У+ FВS YL
SНЕ* СЮ t=27:..+ -t ...,
01
8SJ3 2S
5 D2 12CJnLX3 ....211
____"
CS3 t-1" -- --- --"
Fl3 ....21
________.
L1 •SllШACOR12S-11111
01.02 . SIJCOllX Sil41CIJ'f
01 • анtМ. SO.:OOК:ТDRCМPSl1-3 OR 1N5817
С1.С2•АУХ1'f'S ORSf!WiCJE 5l5D
Остальные выводы не подключены
Рж. 8.63 . Мощный источник питания на 3,3 В с входным
напряжением 5 В
100
70 L..L.~llL..........
1mA
10lllA 1CIOlllA
1А
1QA
TOIC нагрузки
Рис. 8.64. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
состояние цепи питания (с использованием вывода STATUS) и принимать меры.
если неисправность сохраняется. Нарастание пилообразного управляющего на
пряжения на затворе замедляется, чтобы обеспечить плавный пуск большой емко
стной нагрузки (режим ~мягкого• пуска). Схема также содержит фильтр источ
ника питания, поддерживающий напряжение на входе контроля питания (V5)
выше 3,5 В до тех пор, пока цепь затвора полностью не разрядится во время корот
кого замыкания. (См. •Linear Technology•, Application Note 53, р. 16.)
8.1.37. Мощный источник питания на 3,3 В с входным напряжением 5 В
На рис. 8.63 приведена схема включения ИС МАХ786, которая обеспечивает вы
ходное напряжение 3,3 В при питании от источника 5 В. На рис. 8.64 представлена
зависимость КПД от тока нагрузки. Данная схема может использоваться в каче
стве преобразователя (располагаемого, например, на дочерней плате) при .модер
низации существующей системы за счет подключения нового микропроцессора
с питанием 3,3 В. Схему необходимо синхронизировать с работой выпрямителя.
Диапазон входного напряжения составляет 4.5-6 В, ток покоя - 780 мкА, а макси
мально возможный ток нагрузки (при Uвх .... 4.5 В)
-
3 А. (См. ~мaxim Battery
Management Circuit Collection•. 1994, р. 43.)
8.1.38 . Маломощный преобразователь напряжения 3,3 В в 5 В
На рис. 8.65 приведена схема включения ИС МАХ731, которая обеспечивает выход
ное напряжение 5 В при питании от источника 3,3 В. На рис. 8.66 показана зависи
мость КПД от тока нагрузки. Эгот повышающ11й стабилизаторе широmо-импульсной
f368 j &АТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
Вкn./ВЫкЛ.
Вход
1-
Stl>N
v.---
AtAJCIAI
ss
4се
Io15saf
МАХ131
1
015pf
YOU1
.sv Выход
UF-6--+-..._......._
__,.~
l1 =SUMIOA CD75-220
Рис. 8.65. Маломощный преобразователь
напряжения 3,3 В в 5 В
80
50
40
u"='Jil1.!'~
--
.м111111 ....
---
V.' '-' ,,".
-1-
~u...-2.sv __
--
~
1/
JIJ
j
!'
'f/
1
1mA
10mA
100mA
1А
тО« нагрузки
Примечание к рис. ОтКllючение интеzральной мик
росхе.wы происходит при 11апряже11ии на выводе 1
менее 0,25 В, ВК!lючение - при напряжении, которое
превышает (Uвх - 0,5 В). Маркировка выводов ИС
от11осится то.1ько к корпусу с восе.wью вывода.wи.
Рис. 8.66 . Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
модуляцией (ШИМ) разработан специально для применения в схемах с низю~
уровнем шумов и батарейным питанием, таких как телефоны сотовой связи и.11
кар:\tанные ко~шьютеры без дисководов (то есть для которых максимальная мощ
ность потреблен11я при напряжении 5 В не более 2 Вт). Входное напряжение со
ставляет от 1,4 до 5 В, ток покоя - 2 мА, ~~аксимальный ток нагрузки - 350 мА.
Напряжение включения без нагрузки - 1,8 В. Частота rенерации равна 170 кГu
ток в режи.ме отключения - 35 ~tкА. (См. ~мaxim Battery Management Circuit
Collection•, 1994, р. 41.)
8.1.39. Источник питания с выходными напряжениями 5 и 12 В
На рис. 8.67 приведена схе~ш включения ИС контроллера МАХ718, которая выра
батывает два выхо;щых напряжения (5 и 12 В) при входном напряжении 3,3 В. На
рис. 8.68 представлена зависимость КПД от тока нагрузки. Схе.ма разработана для
случаев, когла необходи.мо преобразовать постоянное напряжение З,З В в постоя~1-
ное напряжение 5 В для питания пер11фер11йных устройств и в постоянное напря
жение +12 В, необходимое для програ~1м11рования флэш-памяти. При питании от
источника напряжения З,З В (±10%) схема обеспечивает ток нагрузки 400 мА (для
напряжения 5 В) и 120 мА (для напряжения 12 В). С по)ющью лоrическоrо управ
ления выходное напряжение 12 В может быть преобразовано в выходное напряже
ние 5 В без внешних переключателей. Входное напряжение - от 0,9 В до значения
Uвых• напряжение запуска без нагрузки составляет 1,4 В. Ток покоя равен 140 мкА
при напряжении 5 В и 500 мкА при напряжениях 5 и 12 В. Частота rенераuии -
0,5 МГu. (См. ~мaxim Battery Management Circuit Collection~. 1994, р. 42.)
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1369 j
Вход
-=-
--------8F83
f812t-1
-
0------ '
ВКЛ.fвыкл.
01 • МOJORW UТDJl55(L
11U1111ЛS/8М2
L1.L2·~CD54-220
1 11КUР
fiFo . ,.11___
3 ЭJ5
Управnение
Ws
120N ...2.___
.т"•---
GНО AraNO
1О
80
50
40
lllCJllA
111\А
10mA
10QlllA
Ток наrруэки
Рис. 8.67. Источник питания с выходными напряжениями
5и12в
Рис. 8.68 . Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
Uвых.
---------'4..-~----..---.--lr'r:1~~---.---t~--....--..-.rт.~~.....~-..~--+:
'":"
З :=а.=.. Uвх. + С1
100tlf
-..uyu-=-:иv
10У
01 • МOТOROtA-М8fl330
С1 • NICНICON-UPL1A101МRН
01
2N3806••
v"
LT1270
GND
02
114148°
0
Ysw
v,.
Ус
С2 • NICНICOll- UPL1A102NRН8
С3 • flllCНICOfll - UPL1А221МRН
L1 • COILТAONICS - СТХ15-8-52
L2 • COILТAOIC\CS- CШ-1.fR
Рис. 8.69. Схема стабилизатора с питанием от щелочных батарей
R1
11911"
R2
1.Rk "
+
сз
221Ji&F
10V
При.1f1!1Ulние к рис. Jlllеночные резисторы, отwече~тые звездочкой, и.wеют точность 1%. l/ео6язатель
ные комптrенты, отмеченНЬ1е двумя звездочка:ни, применяются для ашже11ия 1юпряжения запуска на
OJ В. Значе11ия сопротивлеиий резисторов R1, R2 и выходною напряже11ия Uвых связаиы соот11оше11ие.w:
Uвых - 1,24(1+ ~~-
l370 j &АТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
100
90
80
l70
1:
!40
30
20
10
о
-
Промзводк1епь 1
• зn-ta
c::::J Промэsодкrепь 2
1
•
3
зn-тгзn-r.~-
--
-.- ·-
4
3
.-r--
, _4 _ зn-r.i· эn-r.a- " -
-
'
~Г111'
ААААС
СОО
Tиnбlnapeil
Рис. 8.70. Зависимость срока службы
щелочных батарей от типа батареи
"
.... ... .... ....
~
4 зnеменТс1 --. . ..
'
ППID
2
1
1
о
30
to
Время,-v~w
Рж. 8.71 . Характеристика разряда
щелочной батареи из четырех
элементов
120
8.1.40. Импульсный стабилизатор с питанием от щелочной батареи
100
1111
'#. 80
~70
80
50
:,.. .... -
--
/~
!/
1
1f
2
3
5
8
........бmlреи,В
Рж. 8.72. Зависимость КПД схемы от
напряжения батареи
На рис. 8.69 приведена cxe:\ta включения ИС
LT1270, которая обеспечивает выходное напряже
ние 6 В и ток 1 А при питании от 3-4 щелочных
(алкалиновых) элементов. используемых вместо
н11кель-кадм11евых аккумуляторов. Выходное на
пряжение можно :\tенять путем подбора сопро
т11вле11иii Rt и R2. Эти величины определяются
из формулы. связывающей их с выходным напря
жением (как и для большинства импульсных ста
билизаторов). На рис. 8.70 показана зависимость
срока службы щелочных батарей для 11аrрузк11
мощностью 6 Вт, а на рис. 8.71- характеристика
разряда щелочной батареи для той же нагрузки.
На рис. 8.72 представлена зависи.мость КПД для
различных значений напряжения щелочной бата-
реи. (См. ~LinearTechnology•. Design Note41. р. 2.)
8.1 .41 . Замена батареи напряжением 9 В двумя элементами типа Ад
На рис. 8.73 представлена схема включения линеiiноrо стабилизатора ИС LTt 120,
которая при использовании батареи напряжением 9 В служит для получения вы
ходного напряжения 5 В и тока 30 мА. На рис. 8.74 приведена схема включения
импульсного стабилизатора ИС LTl 173-5 . которая при 11сnользовани11 батареи
напряжением 9 В с...'Iужит для получения аналогичных выходных параметров. На
рис. 8.75 :изображена схема включения той же ИС LTl 173-5 . но с двумя элемента
ми типа АЛ вместо батареи; выходные пара:\tетры те же (схема с повышением
напряжения). На рис. 8.76 показана зависимость КПД от напряжения батареи для
схемы с пониже1шс:\1 напряжения, а на рис. 8.77 - для схе~1ы с повышен11ем напря
жения (вариант использования двух эле)tентов пша АЛ). Зависимости, характе
ризующие продолжительность срока службы батарей в трех схемах, показаны
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1371 j
_ _ _... , _ _.,.У111
Ум------::_
Lt11l0
DDDl11F
GNO
+
47. ,1
Рис. 8.73. Получение напряжения 5 В от батареи
на9 В
Примечание к рис. Испшьзуется щелочная бата
рея типа Duracell # MN1604.
+
-
11\af
2-
--
Рж. 8.75 . Получение напряжения 5 В от
двух элементов типа Ад
Примечание " рис. В качестве бата
реи использованы два щелочных эле
мента Duracell # MN1500.
1О
•
/
/
,,,,-
у~
,,,V
811
78
71
1.8 20 22 2.•
2• 28 3.0 3.2
IЩluetиtflmlвt,B
Рис. 8.77 . Зависимость КПД схемы
на рис. 8.75 от напряжения
батареи
+
"-
v" SW1
sr11SE----
Lt11n-s
С\&Н"
SW2 "'--rr"l"""..6 -. .. ..
11- .
1&\af
5У
1161118
Рж. 8.74. Вариант получения напряжения 5 В
от батареи на 9 В
Приме11ание к рис. Используется щелочная
батарея типа Dиracell # MN1604.
100
-L T 1120
"
--LТ117И
CD
1О
811
50
40
5
\..
'
--··--· -~-
-·
"~
' .........
"""~
~
•
7
8
•
t1аnравнме. в
Рис. 8.76 . Зависимость КПД
схемы, показанной на рис. 8.74,
от напряжения батареи
10
'
.. ... ....
-l!_ход
8
......,
8ыход
"
'
1:
2
о
о2••8101214111820222•
l!peul,"
Рис. 8.78 . Зависимость входного
и выходного напряжений схемы на
рис. 8.73 от времени работы
10
соответственно на рис. 8.78-8 .80 . Анализ приведенных данных показывает, что
при одинаковых значениях выходного напряжения и тока нагрузки КПД выше,
1372 I БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНМЯ
10
8
8
CD7
J:
3
2
о
i'-~
г-~
"""" -
Вход
...... "' "
Выход
\..
"
"
'.\
\
о2•8810121•1818202224
Времl,'1
Рж. 8.79. Зависимость входного
и выходного напряжений схемы на
рис. 8.74 от времени работы
8
5
CD
4
13
1
о
о
-.........
Выход
'
\
BXQA
r""'o .....
r.....
Рис. 8.80. Зависимость входного
и выходного напряжений схемы на
рис. 8.75 от времени работы
а срок службы батарей больше в схеме. использующей два эле)1ента пша АЛ.
(См. ~Linear Technology•. Design Note 63. р.р. 1, 2.)
8.1 .42 . Схема получения напряжений з.з или 5 В от двух или трех элементов
На рис. 8.81 приведена схема применения ИС МАХ756, которая обеспечивает по
лучение выходного напряжения 3,3 В (либо 5 В) 11ток400 мА при входном напряже
нии от 0,9 В до значения, равного Uвых· Напряжение включения равно 1.4 В.
ток покоя (при U8x- З В)- 60 мкА в режиме3,3 В или 140 мкА в режи~tе5 В. На
рис. 8.82 показана зависимость КПД от тока нагрузки. В режиме отключения схе
ма потребляет ток 20 .мкА. что особенно важно в микромощных схемах. rде бата
реи постоянно до_1жны быть подключенными (то есть отсутствует вык..1ючатель
питания •Включено/Выключено•). К сожалению, в технической документации не
всегда приводятся сведения о токе в режиме отключения. (См. ~мaxim Battery
Management Circuit Collection•. 1994, р. 10.)
~
.А111АХ1А1
МU7SI
й
'::'"
s
L8I
Вход
u
YQU1
L80
L1 • S~COSit-220
L1•(1~.t.OWPIUU)•
SUICJA CIRl62·1DD
Рис.8.81
Получение напряжений 3,3 или 5 В от двух
или трех элементов
Примечание х рис. Отключение интеz
ральной микросхе.wы происходит при на
пряжении на выводе 1менее 0,4 В, включе
ние - при напряжеиии, превышающе.w 1,6 В.
Выходное напряжение д.zя этоzо варианта
схе.wы состав.zяет 5 В.
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ с БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1з1з I
8.1 .43. Схема получения напряжений
90
3,3/5 В и 5/12 В от двух или трех элементов 80
На рис. 8.83 приведена схема включения ИС
сдвоенного стабилизатора МАХ718, которая '# 10
обеспечивает получение ос1ювного выходного ~
напряжения 3,3/5 В и дополшпельного выход- 60
ного напряжения 5/12 В при входном напряже
нии от 0,9 В до значения, равного Uвых· Напря
жение запуска равно 1,4 В, ток покоя (при Uвх .,.
3 В) - 140 мкА в режиме использования основ
ного выхода 5 В и 500 мкА в режиме использова-
50
40
100~ад
1mA
10mA
100mA
TOIC1tar1JY31CМ
ния двух выходов. Максимальное значение тока Рис. 8.82. Зависимоаь КПД схемы от
нагрузки для основвоrо выхода составляет 400 мА, тока нагрузки
~~---"'-=--~~~~~~~~~
а для вспомогательного - 120 мА. На рис. 8.84
представлена завис11мость КПД от тока нагрузки. В зависимости от состояния ло
гических уровней выводов 3 и 4 схема генерирует стабилизированные выходные
напряжения 3,3 и 5 В, 3,3 и 12 В или 5 и 12 В. используя один 11з трех входных
источников напряжения (сетевой адаптер, преобразующий пере)tенное напряже
ние в постоянное - 7 или 20 В); основную батарею, состоящую из двух 11ли трех
гальванических элементов, либо резервную литиевую батарею). Сое:щнение, слу
жащее для питания вспомогательного источника и показанное на схеме пунктир
ной линией от дросселя L2, постоянно подключено к основной батарее. Это соед11-
11ен11е также можно провести к основному выходу в тех случаях, коrда питание
Вход осн.
бmрем
Основноii
выход-----..-...--t--1
~SI
.мАХ1А4
1N4001
7
МАХ718
------11ХВ
-----8-<1FВЗ
.,_ ,..___
1~3Lll
F812t-1D;;...... __ __ .
PFD1--
11
---
M ...э~-- Управnемме
ВКUР 1
8'ЮfJ1М/
120N 2
1В1~ОО)ДiШИ
1~ ...с ___
11остоАнное
нanpaettМe
7-2fN
юю
01. мот~ МЮJ1Ш1
мnм 1п Si9942
90
80
'#
70
~60
50
40
100aiA
1mA
10mA
100mA
L1. l.2. suм~ CD!i4-220
Тое ll3fJJY3lll
Рис. 8.83 . Получение напряжений З.3/5 В и 5/12 В ат двух
иnи трех элементов
Рис. 8.84. Зависимааь КПД схемы ат
тока нагрузки
f374 I БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
поступает от сетевого адаптера. Основной импульсный стабилизатор автоматичес
ки отключает батареи с целью их сохранения при подключении сетевого адаптера.
(См. •Maxim Battery Management Circuit Collection•, 1994, р. 11.)
8.1.44. Схема получения напряжений 3,3/5 В, +12 и -18 В
от двух или трех элементов
На рис. 8.85 показана схема включения ИС МАХ722 (источник питания с поверх
ностным :\юнтажом для карманных ко:\шьютеров) и ИС МАХ734 (стабилизатор).
Схема обеспечивает получение основного выходного напряжения 3,3/5 В, выход
ного напряжения +12 В, необходи~югодля програщ.шрован11яфлэш-па.\1яти, и вы
ходного напряжения смещения -18 В для ЖК дисплея; приче.м все выходные на
пряжения могут быть получены прп входно~1 напряжении 1,8-5,5 В. Ток покоя
(при условии, что входное напряжение равно 3 В, а выход с напряжением 12 В
отключен) составляет 350 мкА. При входном напряжении Uвх""' 2 В максималь
ный ток нагрузки для выхода 5 В - 200 мА, а для выхода 12 В - 40 мА. При увели
чении входного напряжения до 2,5 В максимальный ток нагрузки на выходе 5 В
равен 275 мА, а на выходе +12 В - 60 мА. На рис. 8.86 приведены зависимости
Вход or баJСJРеМ
'эК
2
IEGON
1ю.
+SV&n ЫIUI.
4 jifO
,.
П1f 8
WEf 5
AGND
l 1• SUМIDA СОО-100
L2 • SUMIDol. COSH20
l3 • SUМIDA C043-4JO
Выход отрмца1еяьноrо
lТX7SO
наnряхенмА
1N5818 (-tfN, как nоrа:зано на схеме)
Рис. 8.85 . Получение нескольких напряжений от двух или трех элементов
90
80
50
40
tmA
1011\А
ТОl:каrрузсм
100m~ Рис. 8.86
Зависимость КПД схемы от тока наrрузки
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ с БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ lз1s I
КПД от тока нагрузки для выхода +12 В. Если основной выход установлен на на
пряжение З.З В (на выводе З ИС МАХ722 - высокий логический уровень сиrна
ла),необходимо подключить вывод V+ ИС МАХ734 к напряжению +12 В (вместо
напряжения +5 В, как показано на схеме) для того, чтобы увеличить управляющее
напряжение на затворе полевого МОП транзистора ИС МАХ734. (См. •Maxim
Battery Management Circuit Collectioш>. 1994, р. 12.)
8.1.45. Схема получения напряжения -24 В от двух или трех элементов
На рис. 8.87 приведена схема включения ИС LT1173 стабилизатора, обеспечиваю
щая получение напряжения смещения -24 В для ЖК дисплея при питании от двух
гальванических элементов типа АЛ. Входное напряжение З В преобразуется
в напряжение +24 В с помощью внутреннего МОП транзисторного переклю
чателя в ИС U1, дросселя L, диода D1 и конденсатора С1. Вывод переключателя
ИС U1 (SW1} управляет схемой перекачивания заряда, состоящей из С2, СЗ, D2
и DЗ, которая вырабатывает напряжение -24 В. Нестабильность выходного напря
жения составляет менее 0,2% (при изменении входного напряжения от З.З до 2,0 В).
Нестабильность выходного напряжения по нагрузке. несмотря на то что напряже
ние -24 В непосредственно не стабилизируется. составляет 2% при изменении
тока нагрузки от 1 до 7 мА. При входном напряжении 2 В и КПД. равном 73%,
схема допускает ток нагрузки 7 мА, а также может работать от источника питания
5 В. (См. •Linear Technology•, Dcsign Note 51. р. 1.)
GND
зv
2хМ
~Г811Ы1.
зnемеtt1Ь1
U1
LТ117Э
• ТО КО 262LYf-oo92K
221м··
С1
0.1μf
118k""
Рис.8.87
Получение напряжения -24 В от двух или трех
элементов
Примечание к рис. MeтtlJlJlonлeнoчныe резис
торы, отмеченные на схеме двумя звездочка
ми, и.wеют точность 1%.
8.1.46. Схема получения малошумящего напряжения 5 В
от двух или трех элементов
На рис. 8.88 приведена схема включения ИС МАХ751, которая обеспечивает по
лучение выходного напряжения 5 В с малым уровнем шумов при входном напря
жении 2-5 В. В отличие от схем управления, обычно используемых в низковольт
ных импульсных стабилизаторах и основанных на методе пропуска импульсов.
здесь использован принцип постоянства частоты широтно-импульсной модуляции.
Высокий уровень шумов, rенерируемых импульсными стабилизаторами. - одна из
1376 I &АТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
основных проблем портативных устройств, таких как телефоны сотовой связи
и медицинское оборудование. Платой за низкий уровень шумов являются возрос
ший ток покоя и снижение КПД при !.tалых нагрузках. Ток покоя при входном
напряжении 3 В составляет 1,2 :мА, максимальный ток нагрузки - 100 мА (при
входном напряжении Uвх = 2,7 В). Ток в режиме отключения схемы - 30 мкА,
постоянная частота генерации - 170 кГц. Напряжение запуска без нагрузки - 1,2 В.
На рис. 8.89 представлены зависимости КПД от тока нагрузки. (См. -«Maxim
Battery Management Circuit Collectioш>, 1994, р. 13.)
Вход
01ii
L1 • SUUD CD54-220
11t
+!N
.МЮОАI
&lxQq
IМX!SJ
LX_._.____~
01 '--4...-......
Vour
Рж. 8.88 . Получение напряжения 5 В с малым уровнем
шумов
Примечание к рис. Отк:zючение интеzра.'lыюй .vих
росхемы происходит при значении напряжения на
выводе 1менее 0,25 В, вк!lючение - при напряжении,
превышающем 2 В.
....~ 1usx.=4v
/
,,,.
111
-" ....
~
-вх.=2,!N
80
~j
i//
1)1/
50
~1
v
40
111\А
IOmA
100mA 200mA
тС* НClrP'f30'I
Рис. 8.89 . Зависимость КПД схемы
ат тока нагрузки
8.1 .47 . Недорогая микромощная схема получения напряжения 5 В
от двух или трех элементов
На рис. 8.90 приведена схе~1а включения ИС МАХ630, которая обеспечивает по
лучение выходного напряжения 5 В для небольшой нагрузки при входно~t напря
жении 1,6-5 В. На рис. 8.91 показана зависимость КПД от тока нагрузки. Ток 110-
коя равен 160 мкА, напряжение запуска - 2 В, )tаксимальный ток нагрузки - 5 мА,
ток в режиме выключения - 1 мкА. Низкое значение этого тока особенно важно
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1377 I
в микромощных схемах, где основной критерий - не высокий КПД, а низкая сто
имость. (КПД схемы можно увеличить за счет замены диода 1N4148 диодом Шот
тки и применения в качестве Lt дросселя с низким сопротивлением, что, естествен
но, приведет к повышению стоимости схемы.) Схема охвачена обратной связью
( +Vs подключено к выходу +5 В). В тех случаях, когда необходимо минимальное
значение напряжения запуска схемы, следует подключить вывод +Vs нспосред
ствешю к входу. К сожалению, отключение обратной связи ограничивает ток нагруз
ки при малых входных напряжениях. (См. «Maxim Battery Management Circuit
Collection•, 1994, р. 14.)
Вкn./lfьiii. & 1С
•VS""s______
.А1АХ1А11
МАХб.10
47pf~
tM
Рис. 8.90. Микромощная схема получения
напряжения 5 В от двух или трех элементов
Примечание к рис. Отк.11ючение интеzраль
ной микросхемы происходит при напряже
нии на выводе 6 менее 0,2 В, включение - при
напряжении, превышающе.v 1,8 В. В качестве
дросселя L1можно использовать залитый ком
паундо.w бескорпус11ый дроссель LCM1812R-
102K.
80
1 nJll
Uвх.=ЗV
,
50 -1--
.
"
i/
..___ ......
30 ..___ ......
• -----
_
......
"
20
J
--
10/
tOpA
100рА
1mA
Ток tWP'fJICМ
Рис. 8.91. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
tOmA
8.1.48. Линейный стабилизатор на 3/3,3 В с питанием от трех элементов
На рис. 8.92 приведена схема включения И С источника опорного напряжения
МАХ872 и микро~ющного операционного усилителя ICL7611 в качестве линей-
1юго стабилизатора напряжения на 3/3,3 В. Эта схема особенно эффективно работа
ет с использованием аккумуляторов NiCd и NiMH, которые сохраняют работоспособ-
1юсть при снижении напряжения до 1 В. Таким образом, линейный стабилизатор
с очень малым значением падения напряжения можно применять вместо импульс
ного стабилизатора или схемы с перекачиванием зарЯда. Характеристика падения
напряжения схемы представлена на рис. 8.93 и определяется главным образом ха
рактеристиками транзистора Q1. Если схема работает с низким напряжением, на
при~1ер питается от трех гальванических элементов, Q1 должен иметь пороговое
напряжение затвора меньше минимального напряжения батареи. Например, для
транзистора Si9433 значение RDS(ON) гарантировано при VGS• равном 2,7 В. Схема
будет работоспособна при входном напряжении 3-15 В. Ток покоя (при Uвх = 6,5 В)
lз1a I БАТАРЕйНЫЕ и МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
СОМР 8
А11АХ1А4
tlD
МАХ812 11
VQIЛ F-<. . . . . . .1V1.Л.--t
01. SIUCONIX s.gaзoy О11 SWtOflO&.
Вход
Рис. 8.92. Линейный стабилизатор на З/З.З В
с питанием от трех элементов
Примечание rc рис. Конденсатор С1 должен и.wеть
низкое значение эквива:1ентноzо последовате.1ьноzо со
против.:1ения (ЭПС).
о
200mA 400mA &OOmA 800mA 1А
т()( ttarP'f.3IИ
Рис. 8.93. Зависимость снижения
напряжения схемы от тока нагрузки
равен 40 )fKA, когда схема работает в режиме малой мощности. но возрастает до
70 мкА, если схему перевести в режим повышенной мощности. Максимальный ток
нагрузки составляет 1 А в режиме повышенной мощности и 5 мА в режиме малой
~ющности. Режи~1ы высокой пли малой мощности задаются логическим сигналом
на входе Выбор режима. Режим высокой мощности задается при подаче на этот
вход сигнала логической 1. (С.м. •Maxim Battery Management Circuit Collection•.
1994, р. 15.)
8.1.49. Схема получения напряжения 3,3 В от четырех - шести элементов
На рис. 8.94 и 8.95 приведены две схемы, которые обеспечивают выходное напря
жение З,З В при входном питании от 4-6 гальванических элементов. В обеих схе-
11ах предусмотрена воз~южность переключения посредством сигнала управления
Мощный/мало~ющный в режи~1 малой либо повышенной мощност11. Схема, пред
ставленная на рис. 8.94, имеет ток покоя 60 мкА (при входном напряжении U вх -
4,8 В) в режи~tе малой мощности и 1,6 J.tA в режи~1е повышенной мощности. мак
симальное значение тока нагрузки ( Uвх - 4 В) - соответственно 1О и 400 мА. КПД
(Uвх - 4,8 В) в режи~1е малой мощности составляет 72% при токе нагрузки 1 мА
и 92% в режиме повышенной мощности при токе нагрузки 100 мА. Другая схема
(рис. 8.95) имеет ток покоя 25 мкА (при входно~t напряжении Uвх - 4,8 В) для
режима малой мощности и 1,6 мА в режиме повышенной :мощности, максималь
ное значение тока нагрузки (при U 8 x - 4 В) - соответственно 50 и 400 мА. КПД
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ lз19 j
4·11V
Вход
~0.taif
470k
3.12111~
Рис. 8.94. Двухкаскадная схема стабил\1заторо З,З В но ИС МАХ821 З и Mf1.:l..750A
4-11V
Вход
Рис. 8.95. Двухкаскадная схема стабилизатора З,З В на ИС МАХ639 и Мf1.:1..750А
LI • SUМD CD105-101
При.мnание rc рис. При нижих значеииях ВЬLrод1юго тока родь .vикра.wощного стабилизатора вьтол
няет часть схе..vы на базе ИС МАХ619 с частотно-импульс11ой модуляцией, при высоки..~· значениях
тока наzружи - мощный стабwшзатор на базе НС МАХ750А с широтно-импулююй модуляцией.
(Uвх = 4,8 В) в режиме малой мощности составляет 86% при токе нагрузки 1 мА
и 92% в режиме повышенной мощности при токе нагрузки 100 мА. (См. •Maxim
Battery Managemcnt Circuit Collection•, 1994, р. 17.)
lзао 1 БАТАРЕЙНЫЕ и МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
8.1.50 . Линейный стабилизатор на 5 В с питанием от четырех элементов
На рис. 8.96 приведена схема включения И С лпнейного стабилизатора МАХ667.
которая вырабатывает выходное напряжение 5 В при использовании четырех галь
ванических элементов на входе. Входное напряжение может составлять 4-16,5 В.
Ток покоя равен 10 .мкА (при Uвх .... 6 В), :.1акс11мальный ток нагрузюt - 250 мА (при
Uвх-= 6 В). Падение напряжения при токе нагрузки 100 мА - 100 мВ. На рис. 8.97
показана зависимость КПД от тока нагрузки. (См. 4Maxim Battery Management
Circuit Collection»-, 1994, р. 21.)
90
80
'# 70
~1О
30
ICJOilA
Вход
Рис.8.96
Получение напряжения 5 В от четырех элементов
При.wечание к рис. Вк.:1ючение ИС происходит при напря
жении на выводе 5 .vенее OJ В, отКJючение - при напря
__
всл_ /&IIOJ. жении, превышающе.v 1,5 В. Выходной конденсатор е.wкос-
1mA
10mA
тOt: Нё1JJУ31СМ
тью 11.мкФ до.1Жен и.wеть иизкое ЗШlчение эквива.1ентноzо
пос:1едова111Я'.'lьноzо сопротив:1ения.
Рмс.8.97
100mA
Зависимость КПД схемы от тока наrрузки
8.1 .51. Двухкаскадный стабилизатор напряжения 5 В от четырех элементов
На рис. 8.98 приведена схема включения ИС линейного стабилизатора МАХ756,
которая вырабатывает выходное напряжение 5 В от четырех гальванических эле
ментов. В схе~1е испо.1ьзованы диод и включенный пара.11лельно ему р-канальный
полевой транз11стор в качестве предварительного стабилизатора для относительно
мощного стабилизатора на ИС МАХ756. Входное напряжение составляет от 2 до
6,2 В, пусковое напряжение схемы без нагрузки - 1,5 В. Ток покоя (пр11 Uвх - 5 В)
равен 70 мкА, макси~1альныii ток нагрузки - 400 мА. Ток в режиме выключения -
55 мкА, срок службы батарей - 15,5 ч (при использовании четырех щелочных эле
ментов типа АЛ и токе нагрузки 100 мА). На р11с. 8.99 показана зависимость КПД
от тока нагрузки. (См. •l\.laxim Battery Management Circuit Collection»-, 1994, р. 22.)
8.1 .52. Инвертирующая схема получения напряжения 5 В
от четырех элементов
На р11с. 8.100 приведена схема включения ИС МАХ739, которая вырабатывает
выходное напряжение 5 В пр1111спо.1ьзовании четырех гальванических элементов.
to
80
#
~70 -
Вход
;
1
.... 1
1
1-
--
50
100\IA
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ с &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ lза1 1
l/
,,..
/
--
--
,__, _
--
--·
--·
1Н4001
Рис.8.98
Схема получения напряжения 5 В от четырех
элементов с двумя каскадами стабилизации
Примечание" рис. Отк.,1юче11ие ИС происходит
при напряжении на выводе 1.wенее 0,4 В, вклю-
t1.suм1DАсо1s-220 чение - при напряжении, превышающем 1,6 В.
~~-4v
1
1
il
=&.!
--
,__, ....
-
Рмс.8.99
1mA
10mA
100mA
Зависимость КПД схемы от тока наrрузки
Ток наrрузкм
В данной схеме ИС МАХ739 включена в качестве инвертора. Входное напряжение
составляет 3,8-11 В, напряжение запуска схемы без нагрузки - не более 4 В. Ток
покоя (при Uвх ... 5 В) равен 1,8 мА, максимальный ток нагрузки - 200 мА. Ток
в режиме отключения - 1 мкА, срок службы батареи - 13,5 ч (при использовании
четырех щелочных эле~1ентов типа АЛ и токе нагрузки 100 мА). На рис. 8.101
1~ _.
90
AIIOCIA4
SS МAX139VOOt
1N5817
aiv•..,._....._+---+-~
GND
10
Рис. 8.100. Получение напряжения 5 В от четырех
элементов
80
/ .... ~==
~
1111
v
Uвх. =4V
70
~;
1(;
/1/
hi/ Jв =fN
'/
30
tmA
10mA
100mA
ТОIСнаrрузки
Рис. 8.101. Зависимость КПД схемы
от тока наrрузки
1эв2 I &АТАРЕЙНЫЕ и МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
приведена зависимость КПД от тока нагрузки. (См. •Maxim Battery Management
Circuit Collection•, 1994, р. 23.)
8.1 .53. Повышающий/понижающий стабилизатор 5 В от четырех элементов
На рис. 8.102 приведена схема включения ИС МАХ639, которая вырабатывает
выходное напряжение 5 В при использовании четырех гальванических элементов.
Здесь предусмотрена возможность переключения из режима понижения напряже
ния в режим повышения при разряде батареи питания ниже 5 В. Входное напря
жение может иметь значение 3-6,5 В; ток покоя равен 50 мкА при Uвх - 5,5 В
и 11 О мкА при U вх - 4,5 В. Максимальный ток нагрузки составляет 200 мА при
входном напряжении U8 x- 3,75 В. Срок СJiужбы батареи - 17,2 ч (пр11 использо
вании четырех гальванических элементов типа АА и токе нагрузки 100 мА). На
рис. 8.103 показана зависимость КПД от тока нагрузки. (См. •Maxim Battcry Ma-
nagement Circuit Collection»-, 1994, р. 24.)
11t4148
llt4148
510k
1Dk
u--.---
~·
r-~~~~
1N4148
~
IN5817
Рис. 8.102. Получение напряжения 5 В от четырех элементов с управлением режимом
100
50
40
IOOIJA
100М
Зависимость КПД схемы от тока наrрузки
Рис.8.103
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ с &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1заз 1
8.1 .54. Линейный стабилизатор с тремя выходами
и питанием от пяти элементов
На рис. 8.104 приведена схема включения ИС МАХ714, которая при питании от пяти
гальванических элементов обеспечивает получение выходного напряжения на трех
выходах. На р11с. 8.105 представлена зав11си~юсть КПД от тока нагрузки. Схема рабо
тает пр11 входном напряжении 5,05-11 В. При Uвх - 6 В ток покоя равен 300 мкА,
максшшшы1ый ток нагрузки - 1 А, ток холостоrо хода - 35 мкА. Интегральная мик
росхема МАХ714 относ1пся к се:\1сйству ИС серии МАХ714/715, обладающих рядом
контрольных функций, например контролем разряда батарей. В представленной схе
ме ИС МАХ714 вырабатывает напряжение5 В на двух выходах (на основ110~1 выходе
ток равен 1 А при пиковом значении до 2 А, а на вспомоrателыюм выходе - 100 мА).
Схема также вырабатывает отр11цателыюе напряжение смещения для ЖК дисплея
(от -10 до -26 В), управляемое внутренним цифро-аналоговым преобразователем.
(См. 4Maxim Battery Managemcnt Circuit Collection•, 1994, р. 27.)
8ыJDд Оf\1МЦ.
181р.1U111ЦЦ
--s----
npм25m\
14
13
+
Е& U6
~-47pf
2 vtC
3124
Рис. 8.104. Получение выходноrо напряжения на
нескольких выходах ИС МАХ714
Приме11ание rc рис. Отключение т1теzральной .vик
рос.хе.wы происходит при напряже11ии 11а выводе 4 .wенее
1.5 В, включение - при напряже1tии, превышающе.w З.5 В.
Q, - ZЕТЕХ ZТХ750. Q2, Q1 - ZЕТЕХ ZТХ788В.
L1 - SUMIDA CDR74-101
100
----~
1111
80
-1-
Uвx.·5.25V
- ~"~
--
111
~-
~ ::::·
Uвх "~
-1
1111~
--
1--
--
_ ,...
,_.
Uвx.• 10V
.....-
lil"'~
~_,...
20
1mA
10mA
100mA
ТОIСнагруэкм
Рис. 8.105. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
1А
1384 j БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
8.1.55 . Схема получения напряжения 5 В от пяти элементов
На рис. 8.106 приведена схема включения IIC понижающего стабилизатора с ши
ротно-импульсной модуляцией МАХ714, который обеспечивает получение выход
ного напряжения 5 В при питании от пяти гальванических элементов. На рис. 8.107
показана зависимость КПД от тока нагрузки. Схема имеет высокий КПД, так ка1..
и~штирует работу линейного стабилизатора с низким падением напряжения и
•догоняет• снижающееся напряжение батареи. Входное напряжение составляет
5.2-11 В. Пр11 Uвх = 6 В ток покоя равен 1,4 мА, макс1шальный ток нагрузки - 500 мА,
а КПД - 95% 11р11Uвх=-6В11 токе нагрузки 100 мА. (См. •Maxim Battery Mana-
gement Circuit Collection•, 1994, р.р. 28, 29.)
+
*'Щаf
+
L1 • StJt8),\ СО75-220
Рис. 8.106. Получение напряжения 5 В от пяти
элементов
Приме11ание к рис. Отюючение интеzра.1ьной
микросхе.vы проиаодит при значении напряже
ния на вЬ1воде 1 :ченее 0,25 В, вк.1ючение - при
напряжении, превышающе.v Uвл - 0.5 В.
100
---
~" NJll
.__ ...
J
11т
J'
Uвx.•IV
to
80
,__,....
. __ ....
J
50-1--
1-
,...._
30 ---
1mA
10mA
100mA
тOt ttalJJY3IМ
Рис. 8.107. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
8.1.56. Схема получения напряжений 3,3/5 В от 9-вольтовой батареи
1А
На рис. 8.108 приведена схема включения 11 С понижающего стабилизатора с ШИМ
МАХ639, которая вырабатывает выходное напряжение 5 В прп питании от 9-воль
товой батареи, 11спользуе~юй для п11тан11я транзисторных рад11опр11емн11ков (либо
от любой батареи из шести rал ьван11ческ11х эле:\tентов ). На р11с. 8.109 показана за
внсю.юсть КПД от тока нагрузки. Схе.ма работает при входном напряжении от 5,5
до 11,5 В. Ток покоя равен 10 мкА при Uвх - 9 В, максимальный ток нагрузки -
100 мА при Uвх ""' 5,5 В 11 175 мА при Uвх = 8 В. Если нужно получить выходное
напряжение З,З вместо 5 В, следует использовать ИС стабилизатора МАХ640
(С~1. ~l\.faxiш Battery Management Circuit Collection»-, 1994, р. 29.)
8.1 .57. Схема преобразования отрицательного напряжения в напряжение +5 В
На рис. 8.110 пр11ведсна схема включе1111я ИС повышающего стабилизатора МАХ752
которая вырабатывает выходное напряжение +5 В прп входно~1 напряжении от -6 до
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ с БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ f385 1
8xQA
1v.
Vour
МАХ1А11
М.U-639
lkn/fliii.i .
-r
-=
-=
15
90
85
80
~75
ТТТ'-.__.,.___.~
~
8wq
70
1N5817
fiS
80
55
L1·~ai54-I01
10рА 1~ 1mA 10mA 100mA 1000mA
ТосtВрузки
Рис. 8.108. Получение напряжений З,З/5 В от
9-вольтовой батареи
Рис. 8.109. Зависимость КПД схемы от
тока наrрузки
- 15 В (используется 6-9 гальванических элементов). Ток покоя равен 1,5 '1А при
Uвх -
-6 В, максимальный ток нагрузки - 500 мА при TO.:\f же входном напряже
нии. На рис. 8.111 показана зависимость КПД от тока нагрузки. Схе~1а работает
только при условии, что отрицательный вывод батареи не соединен с •землей~ (в тех
системах, где не требуется получения от батареи нескольких выходных напряже
ний). (См. 4Maxim Battery Management Circuit Collection~. 1994, р. 33.)
•
100
__"
-=-
90
_
.....
1ооо""'°
v.8
80
7NC
70
\'QJJ
3SS~LX 15
Uвых. "# 80
4
се GNo5
~50
40
-
........
i,; "'
~
1-- .- ...
11' Uвx.• 12V
,__ .....
~
-
,.._~
30
-~
20 1-~
10
__"
1mA
10mA
100mA
1А
Ток Нё1rР'f3КИ
Lt • COl.110f!CS С~2
01 •2N390S
Рис. 8.111. Зависимость КПД схемы от
Рис. 8.110. Повышающий стабиnизатор на ИС Mf1.:l..752
тока наrрузки
8.1.58 . Схема получения напряжения
-5 В из напряжения +5 В
или от четырех - восьми элементов
На рис. 8.112 приведена схема включения ИС стабилизатора с широтно-импуль
сной модуляцией МАХ714, которая вырабатывает выходное напряжение -5 В
при питании от батареи из 4-8 гальванических элементов (либо от источника
фиксированного напряжения +5 В). На рис. 8.113 показана зависи.мость КПД от
тока нагрузки. Входное напряжение :может составлять 4-15 В. Ток покоя равен
3 мА (при Uвх .... 5 В), макси~1альный ток нагрузки - 1 А (при U8 x-4,75 В) или
13 Зак. 733
lз86 / БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
1 S.OPE
-----.:..116~
1D
4 Р/lМ
100t
.,_ -+--+ --+ -.: .t
1 ss ....м csa...••----.
IAAX141N
7 1.М.О
OU111-17 "vvv -.i.. . .
10 ЕАО
э vsa
12 OU1Y
EAIN 11
13~
SYNC GIO DRV-
tfi
L1 • COl.ПION.:s ~
Рис. 8.112 . Получение напряжения -5 В из напряжения
+5 В или от 4-8 элементов
При.'Wечание к рис. Отключение ИС происходит при
напряжении .ченее 0.25 В на выводе 20, вк..lючение -
при выстсо.v выходно.v сопротие.;1ении источника сш
на.1а (1-е состояние). Вывод 16 ИС подl\.llючается
к выводу U8ых (ест Uвх < 8 В) :ш6о ЗQЗ('.vляется (ес.ш
U8x>BB).
11О
80
70
'# 80
~50
40
30
1mA
IOmA
100mA
1А
TOlt М'J)'f.3Qt
Рис. 8.113. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
1,25 А (при Uвх""' 12 В). Ток в реж11~1е отключения - 30 .мкА. (См. •Maxim Battery
Management Circuit Collection•. 1994. р. 56.)
8.1 .59. Схема получения напряжения
-5 В из напряжения +5 В
или от пяти - восьми элементов
На рис. 8.114 приведена схема включения ИС стабилизатора с широтно-импульс
ной модуляцией .МАХ739. которая вырабатывает выходное напряжение -5 В при
питании от батареи из 5-8 последовательно включенных гальванических элементов
(либо от источника фиксированного напряжения +S В). На рис. 8.115 показана зави
с11.\юсть КПД от тока нагрузки. Входное напряжение может составлять 3,8-11 В. на
пряжение запуска без нагрузки - 4 В. Ток покоя равен 1,8 мА (при Uвх - 5 В), макси
мальный ток нагрузки - 200 мА (при Uвх ""'5 В). Ток в режиме отключения - 1 мкА.
(См. •r..·taxim Battery Management Circuit Collection•. 1994. р. 57.)
8.1 .60. Схема получения напряжения
-5 В с малыми шумами
от источника +5 В
На рис. 8.116 приведена схе~1а вк..1ючения ИС стабилизатора с широтно-ю11шульс
ной модуляцией МАХ735, которая вырабатывает выходное напряжение -5 В при
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С &АТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1387 \
L1 ·~CD7S-150
Рис. 8.114. Получение напряжения -5 В из
напряжения +5 В или от 5-8 элементов
80
~"'=
,,, -:;."
1111
v
u.x ·4V
70
~
1/~
111/
лvu.x -w
'/
эо
1mA
10mA
100mA
т()1( НЗfJJY3ltИ
Рис. 8.115. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
среднем уровне :мощности. На рис. 8.117 показана зависимость КПД от тока на
грузки. Входное напряжение может составлять 4-6,2 В. Ток покоя равен 1,6 мА, мак
симальный ток нагрузки - 200 мА (при Uвх "5 В). Ток в режиме отключения -
10 мкА. (См. •Maxim Battery Management Circuit Collection•, 1994, р. 58.)
,§61
У•8
+С1
I о111f Х47Jif
-=
-= 10\I
,~
.. --... ...~2~VREF u~'~~....-~
"'"
•1~э~s
31Jt
SS
GNO
4СС
Voor1-5_, _ ____
L1 •SUМIDACD54-100
:Е С2
-=
-
100tif
-
1СН
Рис. 8.116. Среднемощная схема
стабилизатора с ШИМ на ИС МАХ735
Примечание к рис. От1СЛючение ИС происхо
дит при напряжении менее 0,25 В на шводе 1,
в1СЛючение - при напряжении, превышающе.v
(U8x - 0,5 В). Элементы схемы, отмеченные
звездочкой, моtут быть ис1СЛючены, если ток
наtрузки мellee 100 мА.
90
80
70
'# 80
g
50
40
,
30
1mA
10mA
100mA
1А
TOIC наrруз~си
Рис. 8.117 . Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
8.1.61. Маломощная схема получения напряжения -5 В из напряжения +5 В
На рис. 8.118 приведена схема включения ИС стабилизатора с широпю-импульс
ной модуляцией МАХ639, которая вырабатывает выходное напряжение -5 В при
малом уровне мощности. На рис. 8.119 приведена зависимость КПД от тока на
грузки. Входное напряжение может составлять 1,2-6 В. Напряжение запуска схе
мы без нагрузки - 1 В, ток покоя - 35 мкА (при U вх - 5 В), максимальный ток
1зsа1 6АТАРЕЙНЫЕ и МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
fi V•
Vout 1
8 sнон
VF8t"'7 ____,
2 1.ВО~11-·------.....
э Ull
txt"s_ _..r--.
L1• SUIWA C07S-I01
Рис. 8.118. Схема получения напряжения -5 В
от источника напряжения +5 В при малых
уровнях мощности
!1О
80
70
40
30
20
'
1 U.X•IV IЩJ'
'
r -- Ua.•3.5Y
~
1--
-
-
-
~1
-
-
'
'
j
-
1-
1
-
-
--·
--
10рА 100рА 1mA
10mA 100mA
TOIНlf'P'(.llll
Рис. 8.119. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
нагрузки - 80 мА (при Uвх-= 4,75 В). Ток в режиме отключения - 10 мкА.
(См. •Maxim Battery Management Circuit Collection_ . , 1994, р. 59.)
8.1.62. Маломощная схема с перекачиванием заряда
для получения напряжения -5 В
На рис. 8.120 приведена схема включения ИС МАХ660 с перекачиванием заряда,
которая вырабатывает выходное напряжение -5 В при ма...10~1 уровне ~ющности.
На рис. 8.121 пре.:tставлена зависимость КПД от тока нагрузки. Входное напряже
ние может составлять 1,5-5,5 В, выходное сопроn1влен11е - 6,5 0~1. Ток покоя равен
100 мкА (при U8x ~ 5 В), макси.мальный ток нагрузки - 100 мА (при U8 x = 4,75 В).
Ток в режиме отк:1ючен11я - 10 мкА. Схема характеризуется мальш уровнем шумов,
ф11кс11рованной частотой внутреннего генератора (между 10 11 45 кГц) 11 нестаби-
1шзированны~1 выходным напряжением (оно реагирует на из~1енен11я входного).
(C~t. •Maxim Battery Management Circuit Collection•. 1994, р. 60.)
1FC
У•8
2е»·~ osc 1
~
з ею 1Ш6бО LV fi 1N414r
оuт 5
-!NВ...
•
-=-
1~:r. i1~
Рис. 8.120. Получение напряжения -5 В от схемы
с перекачиванием заряда
При.v~'lание "рис. Отк.,zючение ИС происхо
дит при напряжении .wенее ОЗ В на выводе 7.
вк.1ЮЧtе11ие - при напряжении бо:rее 2,8 В. Необя
зате..1ьный э.1е.чент c.re..wы, от.wеченный З«Здоч·
кой, реко.wендован д.tя режи.wа откточения.
100
90
80
70
'# 1О
g50
40
30
20
10
10\IA 1CIO)IA
1mA
10mA 100mA
Ток~
Рис. 8.121. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ с БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ lзs9 I
8.1.63. Микромощная схема с перекачиванием заряда
для получения напряжения -5 В
На рис. 8.122 приведена схема включения ИС МАХ1044 с перекачиванием заря
да, которая вырабатывает выходное напряжение -5 В при очень малом уровне
мощности. На рис. 8.123 показана зависимость КПД от тока нагрузки. Входное
напряжение может составлять 1,5-1О В, выходное сопротивление - 65 Ом. Ток по
коя равен 50 мкА (при U 8 x-= 5 В), максимальный ток нагрузки - 10 мА (при Uвх =
4,75 В). Ток в режиме отключения - 1,5 мкА.
Эта схема представляет собой упрощенный вариант, представленной на рис. 8.120.
ИС МАХ1044 в основном повторяет ИС МАХ660, за исключением более широ
кого диапазона входных напряжений, десятикратного снижения выходного тока
и меньшей стоимости. Фиксированная частота внутреннего генератора может
составлять 8-65 кГц. (См. •Maxim Battery Management Circuit Collection•, 1994, р. 61.)
IЬQA(t5V}
1 вооsт
v.а
osc 1
LY S 1N414S"
Еkя~
Vоот S
- 5V811111QA
+
-=
1~ф 1_:1pf
Рис. 8.122. Схема включения ИС МАХ 1044
с перекачиванием заряда
Примечание "рис. Отключение ИС происхо
дит при напряжении менее О,З В на выводе 7,
включение - при напряжеllии, превышающем
2,8 В. Необязательный элемент схемы, от.ме
чен11ый звездочкой, рекомендован для режи.wа
отключения.
1CXI
to
80
70
#80
~50
40
30
20
10
1D)IA
Рис. 8.123. Зависимость КПД схемы от
тока нагрузки
8.1.64. Линейный стабилизатор с малым падением напряжения
На рис. 8.124 приведена схема включения ИС линейного стабилизатора МАХ666,
которая вырабатывает выходное напряжение 5 В. Применение этой схемы целесо
образно для резервных батарейных источников бесперебойного питания, а также
в маломощных схемах, где основной источник питания - батареи, а сетевые адап
теры переменного тока используются нерегулярно. Входное напряжение может
составлять 5,4-16,5 В, ток покоя равен 20 мкА при U 8 x = 10 В, падение напряже
ния при токе нагрузки 100 мА- 400 мВ, максимальный ток нагрузки - 500 мА при
U 8 x ... 6 В. Ток в режиме отключения - 5 мкА. На рис. 8.125 показана зависи~юсть
КПД от тока нагрузки. Следует отметить, что проходной транзистор - внешний,
и его можно выбрать с учетом требуемой мощности рассеяния. В случае неболь
ших мощностей рассеяния вместо транзистора 2N2905 можно использовать встро
енный силовой транзистор интегральной микросхемы с током 50 мА, а также ИС
l390 1 БАТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
1 SENSE
V1t 8
2 VQU1
L80 1
МАХ1А8
3 L8I 11Ak666VS(Jll"'S__"
.е GND
SЮН S
Рис. 8.124. Линейный стабилизатор с малым
падением напряжения
100
90
80
70
#1О
~50
40
30
20
10
10llA 100,Д
111\А 10lllA 100mA
Тое~
Рис. 8.125. Зависимость КПД
стабилизатора от тока нагрузки
МАХ667 с более мощны~~ встроенным транзистором на 250 мА и меньшим значе
нием падения напряжения. (С~1. •Maxim Battery Management Circuit Collection•,
1994, р. 74.)
8.1.65. Токочувствительный усилитель с повышенным напряжением
На рис. 8.126 приведена схе~1а включения ИС мшqюмощноrо ОУ ICL7612A в качест
ве чувствительного эле~1ента, контролирующеrо ток повышенноrо напряжения.
l\s(JIS(
U..-.------~DN1Q"1-4t--------lнarp--------
,,.., ...
Рис.8.126
Токочувствительный усилитель с повышенным
напряжением
Примечание " рис. Значение сопротивления
резистора Rz опреде::~яется по форму.ilе:
R _ (Uил-2,5)В
z
20.11~
Значение вьаодноzо напряжения Uвых расС1lu
тывается так:
_
RsENSE
Uвых lнАIРRвых~·
ОПИСАНИЕ МИКРОМОЩНЫХ СХЕМ С БАТАРЕЙНЫМ ПИТАНИЕМ 1391 1
Рабочее напряжение составляет 4,5-48 В, ток покоя - 20 мкА при Uвх = 10 В,
а коэффициент передачи - 1 В/А. Схема контролирует ток на положительном вы
воде батареи, при этом ее отрицательный вывод должен быть подключен непосред
ственно к •земле~ схемы. Выходное напряжение схемы, измеряемое относительно
'4Земли•, прямо пропорционально току, протекающему через 1шзкоомный датчик
тока RsENSE· Как правило, выходной сиrnал схемы поступает на вход АЦП или пре
образователя напряжения в частоту. Так как выходной сигнал пропорционален
току источника, то выходное напряжение соответствует любому уровню тока и ог
раничено только напряжением источника питания. Значение R1 можно выбрать
в пределах от 100 RsENSE до 1ООО RsENsE· (См. '4 Maxim Battery Management Circuit
Collection•, 1994, р. 75.)
8.1.бб. Схема контроля напряжений
На рис. 8.127 приведена схема включения ИС МАХ8214 для контроля состояния
блока из шести никель-кадмиевых аккумуляторов 11 резервной литиевой батареи.
Более крупные портативные системы, как правило, требуют использования не
скольких компараторов, осуществляющих контроль состояния как основной, так
и резервной батарей, а также слежение за сбоем напряжения и опознание вклю
ченного сетевого адаптера. Представленная схема позволяет осуществлять пере
численные формы контроля и потребляет ток не более 3 мкА на один компаратор.
Диапазон контролируемых входных напряжений составляет 1,25-100 В, входное
напряжение для ИС - 2,7-11 В. Ток покоя при Uвх " 5 В - 16 мкА, точность по
рогового значения - ~tаксимум 11 %. Когда блок никель-кадмиевых аккумулято
ров заряжен полностью, на выходе 3 - уровень логической 1. Если напряжение
блока никель-кадмиевых аккумуляторов падает до низкого уровня (но еще пригод
ного для эксплуатации), то на выходе 2 появляется сишал низкого уровня (логичес
кий О). При полном разряде блока аккумуляторов он возникает на выходе 1, при
полном разряде литиевой батареи - на выходе 4. (См. •Maxim Battery Mana-
gement Circuit Collection•, 1994, р. 77.)
0.1sif
Iмs
-=
Рмс.8.127
-- -1 .25V
Устройство контроля состояния батарей
L::==::........1
и аккумуляторов
~~--'-~~~~~~~-~~~-
l392 j 6АТАРЕЙНЫЕ И МИКРОМОЩНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ
8.1.67. Схема получения напряжений 3,3, 5 и 12 В от 6-12 элементов
rN.5V.12V
11
1НШ8
------
iЩ&F
.э.эv llrll./Вiii----------
•SVl!IUIJВiijj---------ч
..-.------IЬl:\A~IWll/lill]IЩJI
1-'-'"'----.....---в... IOlilllilPl'Olll
.....-~--~--ВЫQu.1~
~rемер..~---------........
L1·SValOACDR125-100
L2 • CCl.ТIOtК:S СIШ-12061
N1·Ш·Sll41CX71'
Рис. 8.128. Получение напряжений 3,3, 5 и 12 В от 6-12 элементов
Примnания "рис.:
1. Диапазон напряжений батареи 6 .5 -30 В относится к показанны.w на ae.we э.vе..wента.w.
2. Соединения (по Ке.!1ьвину) с токочувствите.тьныtе з.те.tеентом до:zжны быть как можно короче
и распо.1аtаться .waкciLwa.1ьнo б:zизко друz к друzу.
100
80
tOmA 100mA
1А
Тое 18JJPC11
Рис. 8.129. Зависимость КПД схемы
от тока нагрузки
IOA
На рис. 8.128 показана схема включения ИС
МАХ782, представляющая собой источник пита
ю1я с поверхностным монтажо)I портативного
кш.шьютера 11 вырабатывающая выходные напря
жения 3,3, 5 и 12 В при питании от батареи, со
стоящей нз 6-12 га..1ьваю1ческ11х эле~tентов. На
рис. 8.129 приведена зависимость КПД от тока
нагрузки. Входное напряжение может состав
лять 5,5-30 В. Ток покоя - 420 мкА при Uвх = 15 В.
Макс11~1альный ток наrрузки равен 3 А при Uвых ::s
5В11Uвх-=6 В, а таюкс при Uвых ... 3,3 В и Uвх ...
6 В. Ток в режиме отключения - 70 мкА. Оценоч
ный набор можно заказать на фирме Maxim. (См.
4l\:faxim Battery Management Circuit Collection•,
1994, р. 37.)
9. АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Эта глава посвящена схемам, преобразующим аналоговые сигналы (напряжения)
в цифровую форму (аналого-цифровые преобразователи -АЦП), а также выпол
няющим обратное преобразование цифровых сигналов в аналоговую форму (циф
ро-аналоговые преобразователи - ЦАП). Описываемые схемы
-
по существу
цифровые, поэтому информация по их тестированию и поиску неисправностей,
содержащаяся в главе 1. полностью применима ко всем схемам ЦАП и АЦП.
Принципы работы АЦП и ЦАП изложены в книге]. Lenk, •Simplified Design of
Data Converter•. Butterworth-Heinemann, 1997.
9.1 . Проверка и поиск неисправностей АЦП
АЦП проверяют, подавая на вход напряжение определенной величины и одновре
менно контролируя наличие на выходе соответствующего цифрового значения.
Например, в АЦП, изображенном на рис. 9.1, фиксированное значение напряже
ния в интервале от О до +10 В подается на вывод 2 компаратора А1, а соот
ветствующее цифровое значение можно считывать либо с выводов 5-14 мик
росхемы DAC-10, либо с шин между DAC-10 и регистром последовательных
приближений SAR2504. На шинах потенциал логической 1 равен +5 В, а по
тенциал логического О - О В. или потенциалу '4Зсмли~.
Необходимо учесть, что вывод 2 регистра последовательных приближений
SAR2504 - это последовательный цифровой выход. Его лучше контролировать
с помощью осциллографа. Частоту, на которой осуществляется преобразование (от
1до2 МГц). проверяют на тактовом входе (вывод 13 SAR2504). Для начала каж
дого цикла преобразования на вывод 14 ИС SAR2504 должен поступать входной
стартовый сигнал (как правило, от системного микропроцессора). В конце цикла
преобразования с вывода 3 (завершение преобразования) выходной сигнал пода
ется на микропроцессор (указывается состояние процесса преобразования: завер
шен полностью или нет).
f394 f АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРА30ВАТЕJ1И
115
""
R7
•15 2ОК
о У4'
~
нуn811'О
уро8111
7'
•
1011»1314
-15
о О .. + 1W "'811оп..а
llllQACU..)
R3 ."
251( '
•50V
115
11(
r-------------~------._--oD
an 23 0110101111С1101а1asос010201OD
21201•111711•11154
1
r
250412111r
-
Successм~ fll9ll«
SСе
11а
С'
143
IS
~
Ю
13
Crap....МllCIAo-----
нс
11С
3-pweter~
Рис. 9.1 . Тиnовая схема АЦП
•!IOV
•SO'I • I
I С1 • •S-CIV
001С7_" ""
Т vН I",ov .:зем.
.L
о....,..
т
При.vе-1ание к рис. Резисторы R1, R2 и Ю до:1жны и.wеть точность 0,025%. Компаратор А 1 типа
RМ4805, &\1111 и.'lи ана.zоzичный. Источник опорноzо напряжения типа Re/-02 uли ана.лоzичный.
Рекомендуе.wые типы стаби.'luтронов S1 и S2 - НР5082.
Если выходные сиrnалы 11.\lеют незначительные отклонения от нормы, то ).южно
подкорректировать 11х, используя подстроечный потенциометр R7 1щя низкого уров
ня сиrnала (при входном аналоговом сиrnале, равном нулю, на всех цифровых выхо
дах должен быть лоmческий О), либо произвести подстройку опорного напряжения
+5 В для высокого уровня c11rnaлa (при входном аналоговом напряжении, равном
+ 1О В, на всех цифровых выходах должна быть лоmческая 1). Если выходные сиmа
лы отсутствуют либо не соответствуют норме, то возможна неисправность DAC-10,
компаратора А1 или реmстра пос.1едовательных приближений SAR2504. Следует от
метить, что точность схемы во ~шоrо~1 зависит от точности резисторов R1, R2 и RЗ.
9.2. Проверка и поиск неисправностей ЦАП
Преобразователи сигнала из цифровой формы в аналоговую можно проверять,
подавая сигнал на цифровой (дискретный) вход и одновременно контролируя
наличие соответствующего выходного напряжения. Например, в ЦАП, изображен
но~1 на рис. 9.2, входные выводы 4-11 ИС RM/RC4888 могут быть заземлены (для
подачи логического О) или подключены к источнику напряжения 5 В (для подачи
ПРОВЕРКА И ПОИСК НЕИСПРАВНОСПЙ ЦАП 1395 j
+Vs
YOUll!ttlll!
Смещение
10-+ 100К 10-+ 100 К
- Vs o--~fV----'~....--o
200К
1М
NC
15
ZJ
11
г.;,.;;.-~~ ---т;; ----- -;,~ 11
ClleLЦl!l8lepnet11111~
~
10YRi16
14 1811.
1
и-.
l1з Oto-10V
с,··
18ыliqi
-=
2 11ИРОСХемы
•Ys V2o 1 о+Vs
: J1"F
1Деwмфр. ----
1 1Мll. рар. Yr1J8lllQIU8ll
... .- ci------t llOnN!CIC8l1
1--
оема
.Деwмфр. ---~
3 1 cr. рвзр.
-Vs112о
1
1
1
____ J
11 - М11. . .. .. .. .P83PIUL
12 • cr• .111ОМ-" P83PIUL
Рис. 9.2. Восьмиразрядный двоичный UАП
Примечание "рис. Калибровка производится в следующе.w порядке:
1. Подать на входы 4-11 нулевой уровень сиzнала (лоzический О).
1о-Vs
!1"F
2. Производить подстройку входноtо смещеиия, rюка Uвых 11е ста11ет равным О.
З. Подать на входы 4-11 высокий уровень сиzнала (лоzи11еская 1).
Rsum""
4. Подстраивать усиле11ие, пока Uвых 11е станет равным необходи.wомg значению.
•
необязательные ко.:wпоненты схемы; с,тgжат д.llЯ уменьшения шg.wa источника опорноzо напря-
жения.
• • - необязательные 1.-омпоненты схе.wы; служат д.7я у.wеньше11ия вре.wени устаllовления выходноzо
напряжения.
логической 1), а выходное напряжение контролируется на выводе 13 вольтметром
с высоким классом точности. Соответствие выходных аналоговых сигналов вход
ному двоичному коду представлено в табл. 9.1 .
При небольших отклонениях выходного напряжения можно произвести коррек
цию с помощью калибровочных процедур. Например, при подаче на все цифровые
входы логического О (выводы 4-11 заземлены) можно посредством потенциометра
подстроить входное смещение так, чтобы выходное напряжение Uвых стало рав
ным 0,0000 В. Затем, подав на все цифровые входы напряжение 5 В (уровень
~,..
ж
~о..,
о1
§
е
Та6nица 9. 1 . Таблица преобразования 8·разрядноrо ЦАП
"а
о
CD
Значения выходной СДР
МДР
Формат данных
шкалы
DB7 DB6 DBS DB4 DВЗ DB2 DB1 DBO
iо,Мд
о:
lo,MA
Uвых,В "'s
Прямой униполярный
Максимальное положительное
двоичный код
Максимальное положительное 1
1
1
1
1
1
1
о
с позитивной логикой.
минус младший разряд
Несмещенный ноль
Ноль плюс младший разряд
о
о
о
о
о
о
о
1
выходного напряжения
Ноль
о
о
о
о
о
о
о
о
Дополнительный
Максимальное положительное о
о
о
о
о
о
о
о
униполярный двоичный Максимальное положительное о
о
о
о
о
о
о
код (прямой
минус младший разряд
с негативной логикой). ' Ноль плюс младший разряд
1
1
1
1
1
1
1
о
несмещенный ноль
Ноль
выходного напряжения
З,999 0,000 9,9609
§
3,984 0,001 9,9219
е"а
о
0,0001 3 ,984 0,0391
1
"
0,000 3 ,999 0,0000
ж
~
0,000 З,999 9,9609
о..,
0,001 3 ,984 9,9219
о
CD
З,984 0,001 0 ,0391
о:
"'
3,999 0,000 0 ,0000
::::1
"а
"'о
cn
"а
Примечание к табn. СДР - старший двоичный разряд; МДР
-
младший двоичный разряд.
~CD
!:
~s
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП 1397 /
лоrической 1), следует производить подстройку усиления до значения выходноrо
напряжения Uвых• равного 9,9609 В. Возможно, обе подстроечные процедуры
придется повторить несколько раз, чтобы значения выходных напряжений нахо
дились в заданных пределах.
9.З. Описание схем АЦП и ЦАП
9.3 .1 . Восьмиразрядный АЦП с внутренним 16-канальным мультиплексором
На рис. 9.3 показан АЦП ADC0816/17 с внутренним 16-канальным мультиплек
сором (коммутаторо~1), разработанный для применения в системах сбора данных.
В табл. 9.2 представлены коды выбора канала ~1ультиплексора, а на рис. 9.4 - вре
менные диаrраммы работы АЦП. В дополнение к стандартному восышразрядно
му АЦП последователъных приближений ИС этого пша содержат также 16-каналь
ныif аналоговый мультиплексор (см. rлаву 2) с четырехразрялны~t адресны~• входом
и регистром для запоминания адреса. Таким образом, данная микросхема содержит
основные элементы, необходимые для создания системы сбора данных, обладающей
восьмиразрядной точностью 11 средней ПJХ>изводительностью.
ADC0816/17 аналоrична по своим параметрам друrим микросхемам АЦП, ис
пользуе~1ым в системах сбора данных, однако обладает доступньаш извне выхо
дом внутреннего мультиплексора и входом компаратора АЦП. Эта особенность
полезна при совместной работе с АЦП схем, обрабатывающих сиrналы. Помимо
этоrо такие ИС имеют дополнительный (расширяющий) управляющий вход,
8.щКOIЩJlllqВC11J --------
ВЫХQА мyJl>'Пll\lll!IЩВ 111) -------
---- (lt) ~
МllOraettltlA
Опорное ltill1JlllJl!ll
aeua .necnaNtOrO nirв
(REF+)
(REf.)
Рис. 9.3 . Восьмиразрядный АЦП ADCOB 16/17 с внутренним 16-конольным мультиплексором
lз9s I АНАЛОfО-ЦИФРОВЫЕ и ЦИФРО-АНАЛОfОВЫЕ ПРЕО6РАЗОВАТЕЛИ
позволяющий увеличивать число мультиплексоров и соответственно входных ка-
валов. ИС ADC0816 аналоrична ADC0817 во всем, кроме точности. ADC0816 -
бо.1ее точный прибор, общая нерегулируемая ошибка составляет ±0,5 МДР (млад-
шеrо двоичноrо разряда). ИС ADC0817 имеет общую нерегулируемую ошибку,
равную 1 МДР, и, как следствие, меньшую стоимость. (См. •National Semicon-
ductor•, Application Note 256, р.р. 590, 591.)
Табпмца. 9.2 . Коды выбора канала мультиплексора
Адресные разряды
Сиrнаn расwиренноrо управления
Выбранный канал
Dс
в
А
(ЕС)
о
о
о
о
INO
о
о
о
1
IN1
о
о
о
IN2
о
о
1
1
INЗ
о
о
о
IN4
о
о
1
INS
о
о
IN6
о
1
1
1
IN7
о
о
о
INB
о
о
1
IN9
о
о
IN10
о
1
1
IN11
о
о
IN12
о
1
IN13
о
IN14
1
1
1
1
1
IN15
х
х
х
х
о
Нет
9.3.2 . Аналоrо-цифровое преобразование относительных величин
На рис. 9.5 представлена схема включения ИС ADC0816/17 для аналоrо-цифрово
rо преобразования относительных величин сиn1алов. Так как оба вывода резистив
ной ~шогозвенноii цеп11 лесnшчноrо nша (рез11ст11в1юй •лестницы•) 256R имеют
внешний доступ (с~1. рис. 9.3), такие ИС идеальны для использования совместно
с датчиками относительных величин, у которых выходной сигнал пропорционален
некоторой определенной опорной величине. Важным здесь является не абсолютное
значение выходного сиrnала датчика, а ero относптельное значение по сравнению
с опорной величиной. Основное преи.мущество этого датчика заключается в том, что
ему не требуется источник высокоточноrо опорного напряжения, однако он должен
иметь очень малый уровень шумов, так как выбросы напряжения в процессе преоб
разования могут привести к искажению результата. На схеме (р11с. 9.5) в качестве
опорноrо используется напряжение источника питания 5 В, что исключает необхо
ди~юсть дополнительною внешнею источника опорною напряжения. На плате дол
жны быть предусмотрены отдельные печатные проводники как для подачи напря
жения питания 5 В, так и раздельною заземления цепей опорною и питающеrо
напряжений. (См. 4National Semiconductor•, Application Note 258, 1994, р. 592.)
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП 1399 \
:=------~~--------~~----------~::;:С:}-
,....
Рис. 9.4. Временные диаrроммы работы АЦП
KCICr.lllillOil
------------..а:rи1КП!111Ы
Сrабмnмзаrор IUll
vte
МCIO'Нl1t111118t111 -r#----------1l(F(+1
llCll ОUТ
оЗем/1Rо сrабммзатора
-------1 1 1 1
сомr
1111
1811
1813
1М
115
1111
1111
....
...
1111D
11111
11111
11111
1111•
11115
ADC0111
АОСО117
+IY
DrAllllOll
--- -----4 11fF(-J
В1С
ITAllТ
ALf
Of
01
DI
D5
1М
DS
DI
D1
DO
D
с
1
А
"
CIJ
МlllCIO'lltlUl"1illllll ~-----------4
~
к мп 1111ерфейсу
Рис. 9.5. Схема включения ИС ADC0816/l7 как АЦП относительных величин
/4001 АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕО&РАЗОВАТЕЛИ
+V
"sv
11 e l ...V -SJx(O ~111
УСС
------ -----tllEfl+I
MUXDUТ
COllP
'"°
ЕОС
1111
ITAIT
1111
AU
1113
Of
.. ..
1115
DJ
1116
АОС1815
DI
к абоо11о114Ь1о1
1117
ADCDllJ
D5
IUlt 11JО1ЦЦ
1111
1М
д;n'1813М
1М1
03
IJIJJ
Dl
к мn J111Терфе11су
...,,
D1
18111
DI
18111
n11•
11115
Nft-1
lillD
cu
":"'
Рис. 9.6 . Схема включения ИС ADC0816/17 как АЦП абсолютных величин
9.3.3. Аналого-цифровое преобразование абсолютных величин
На рис. 9.6 представлена схема включения ИС ADC0816/17, которая использует
ся для аналого-цифрового преобразования абсолютных величин сигналов. В этом
случае значения выходных с11п1алов датчика не связаны с други~ш напряжениями
и, в опшчие от датчика относительных величин, важно И:\tенно абсолютное значе
ние выходного с11rнала. Поэтому источник опорного напряжения должен иметь
достаточную точность для правш1ьного опреде.."Iенпя абсолютной величины выходно
го сиrnала датчпка. Прецизионное реrулируе:\юе опорное напряжение обеспечива
ется интегральной микросхе~юй Ll\1336-5,0 совместно с дополнительными элемен
тами. З;tесь ~юrут бьrrь использованы датчики относительных ведичин. Однако
следует четко пош1:мать, что точность преобразования абсо."lютных величин опре
деляется прежде всего точностью применяе~юго источника опорного напряжения.
В случае преобразования относительных ве..1шчин (см. рис. 9.5) точность определя
ется характеристика:\111 самого датчика. (См. •National Serniconductor~. Application
Note 259, 1994, р. 594.)
9.3 .4. Использование источника опорного напряжения
в качестве источника питания
На рис. 9.7 представлена схема подключения АЦП ADC0816/17 к внешнему ис
точнику опорного напряжения, 11спользуе~ю~1у в качестве источника питания.
И С LM336-5,0 обеспечивает стабилизированное напряжение 5 В для питания
АЦП 11 входов опорного напряжения, а также для остальных компонентов схе
мы. Конечно, для подачи напряжения V+ можно воспользоваться нестабилизи
рованным источником питания с напряжением более 5 В. Сопротивление по
следовательно включенного резистора R выбирается из условия максимального
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП j401 1
.,
+5V
EXPAllSIOll
CDMP
lllD
юс
1111
SUllT
1112
ш
IQ
01
lh
1115
DJ
1111
AllCOltl DI
.,. ,
AllCOl11 05
1111
1М
INI
D3
1111D
D2
llC11
D1
11112
DI
11111
1111•
11115
- --- -- -t Nfl-1
5ND
С1.1
к мп 181Терфеiiсу
Рис. 9.7 . Использование источника onopнoro напряжения о качестве источника питания
тока потребления системы, при котором ИС LМЗЗб-5,О обеспечивает необходи
мую стабилизацию напряжения. Величина сопротивления R вычисляется по
формуле:
R_
Vs-VREF
ILлo+IтR+lp+IR'
где V s - значение напряжения нестабилизированною источника питания; V REF -
опорное напряжение; веJJичина тока резистивной ~лестницы• 11..AD определяется так:
ILAD .... VREF / 1 кОм; IтR - ток преобразователя; lp - ток, потребляемый системой от
источника питания; IR - ~шнимальный ток источника опорною напряжения. (См.
~National Semiconductor•, Application Notc 258, 1994, р. 594.)
9.3 .5. Использование буферизованноrо опорного напряжения
в качестве питающего
На рис. 9.8 представлена схема АЦП ADCOB 16/17 с буферизованным опорным на
пряжением. Использование буферною усилителя (буферизация) на выходе источ
ника опорного напряжения обеспечивает более высокие выходные токи, чем в схе
ме, рассмотренной на рис. 9. 7, и исключает член 1Риз уравнения для определения
величины сопротивления R. (См. ~National Semiconductor•, Application Note 258,
1994, р. 594.)
9.3.б. Исключение регулировок усиления по входу
На рис. 9.9 и 9.10 представлены схемы подключения ИС ADC0816/17, в которых
исключены регулировки усиления входных аналоговых сигналов. Это достигает
ся изменением напряжений REF+ и REF- преобразователя, что, в свою очередь, по
зволяет менять диапазон шкалы преобразования. Как правило, опорные напряжения
1402 I АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
10KQ
+V
..--- .-------tllfft+ 1
MUI DUТ
••
UNllSUlll
COW
•
IDC
1111
STAIT
lllll
ш
1113
11(
1114
1115
DJ
1111
АОСО111
DI
1117
ADClll17
D5
INI
"
м
n
11111
D2
8'111
D1
11111
D1
11111
1111•
11111
-------.... Ш(-1
....
'tc
cu
-----------t•f't•1
•u1 IUt
•''11
(INllJ88
tOlll'
"
1«
".
111111
lfl:r
ш
•J
•
1114
",
17
....
IOCDN
•
lfll
AllCll'IJ
•
UIUI
...
D4
...
а
.....
12
lfl11
11
."
•
Nl1J
•••
.,,
--------~llUf-1
•:r·• ·
-
к мn 18fТ1!РФеfесу
Рис.9.8
Использование буферизо-
1анноrо опорноrо напряже
ния 1 качестве nитающеrо
Рис.9.9
Схема подключения ИС
ADC0816/ 17 без реrулировки
усиления по входу
~юrут быть из~1енены в диапазоне 5-0,5 В. что дает возможность пр11способ11ть
схему к различным диапазонам входных напряжений. Однако есть одно ограни
чение: середина диапазона опорного напряжения должна находиться в пределах
±0, 1 В от половины напряжения источника питания. Причина ограничения в то~1.
что эталонная резистивная •лестница• дополнена многозвенной переключающей
схемой с N- или Р-канальны~ш МОП транзисторами (см. рис. 9.3). Смещение на
пряжения в центре мноrозвенной переключающей цепи от значения Vсс2 вызы
вает смещение напряжения транзисторных ключей, что приводит к неточно~tу
11 ошибочному преобразованию. Однако при правильно~~ пр11~1енешш этот ~1етод
wtc
>---...___. llEFt +1
•ux °"'
+5V
U•MSIOI
СОМI'
1111)
ЕОС
....
sтмr
INl
Al.I
1"3
О1
1114
1"'
D7
1111
ADClllll
DI
1117
AOCOltT
°'
INI
ос
1111
D3
11110
D2
11111
01
11112
DI
11113
INt•
11
INIS
с
•
ll(f(-1
"
GNO
tLK
": "'
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП 1403 I
к мn 1еfrерфейсу
Рис.9.10
Схема подключения ИС
ADC0816/ 17 с несимметрич
ным опорным напряжением
обеспечивает уменьшение количества эле~tентов схемы 11 снижение потребляе
мой мощности за счет отказа от использования дополнительных входных схем
сопряжения. Для схемы на рис. 9.9, когда опорное напряжение привязано к сред
ней точке источника питания, резисторы R1 и R2 смещают напряжения REF+
и REF- относительно значений Vсе и <(<земли•. На схеме показана ИС LМЗЗб-
2,5, но можно исполь..10вать любое опорное напряжение в дпаnазоне 0,5-5 В. В случае
несимt.tетричного опорного напряжс1Iия следует применять схему с ОУ, показан
ную на рис. 9.10. Можно использовать ОУ с питанием от одного источника, напри
мер LM234 или LM10. Резисторы Rt, R2 и RЗ образуют делитель, в котором R1
и RЗ ((центрируют• опорное напряжение относительно Vсс2• а 11зменен11ем R2 за
дается необходимое значение опорного напряжения. (См. ~National Semiconductor•,
Application Note 258, 1994, р. 595.)
9.3 .7 . Простой 32-канальный АЦП
На рис. 9.11 представлена схема подключения АЦП ADC0816/17, предусматри
вающая 32-канальное преобразование. Такая ко11фиrурац11я возможна за счет
вывода ЕС, который управляет работой мультиплексора. Когда на выводе ЕС
низкий уровень сигнала, все ключи выключены, следовательно, на вход компара
тора t-южет быть подан другой сигнал. При 11еобход11мост11 моrут применяться
и дополнительные каналы. Для адресации 32 каналов нужны всего пять адрес
ных линий. Четыре младших бита поступают непосредственно на входы A-D, а так
же на триггер ММ74С174, который используется в качестве защелки адреса для
двух ИС CD4051. Выходы 1Q - ЗQ триггера подключены к адресным входа~•
ИС CD4051. Выходы 4Q 115Q формируют сигналы ра:iрсшения для каждой ПС
CD4051. Сигнал с выхода 5Q после инверсии подается также на вход управле
ния (ЕС), чтобы разрешиn, работу мультиплексора АЦП. (См. «National Semicon-
ductor•, Application Note 258, 1994, р. 596.)
1404 f АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
-
Kдa'NllC3М
(~0-16)
5-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
5V
1
vcc
llEfl • 1
(XNoISIOlf
lllU
1111
111%
1113
.".
ncs
1• AOCDl11
1117 ADCDl17
1111
1111
11110
11111
CCIJU
n
llUXOUT
EDC
SIAAI
ALE
ОЕ
DJ
DI
D5
о.
D3
Dl
DI
DO
-
IN1Z
(С-
-
11113
-
1111•
D
-
11115
с
1
-
REF(-1
А
&llD
CLK
~
.J:.
-sv
1
•се
-
J
с
-·
1
А
-
5
- . t1МО511
-
3
)
"N
-1
-1
-·
110
'lf Yss
~sv
1
vcc
-
7
с-
-·
·-
-
5
а-
-
. CD40511
-
3
'""
-
2
-
1
-·
1/О
Y(f qs
. t:-J
Рис. 9.11 . Простой 32-канальный АЦП
+5V
1
VCt
-
IQ
1О -1
5Q
'°-
,.... .а
·-
: 11117•С17• =-
10
1D
tUAA -5V
tL'
~
~~
JCOI
9.3 .8 . Простой дифференциальный В-канальный АЦП
Конец
ф!Обр.
IEOCJ
П)а
Pa.wuetмe
~
L.
llillQ8
07
DI
os
Dt
D3
:~ к мn 11НЩ)феМсу
DO
т~
"l \l f1Yl1liCbl
(
D
с
•А
На рис. 9.12 представлена с"<ема по;~ключения АЦП ADC0816 17, обеспечиваю
щая восе~1ь д11фференциа.1ьны"" входов, реа.11изуе~1ых с использован11ем програм
много обеспечения. Все 16 каналов по;1.е1ены на пары по.1олштелъных 11 отрнцате.:'Iь
ных входов. Управ1яющая .1оп1чсская схе.ма (И'111 микропроцессор) подк:1ючаст
каждыi1 канал дифференц11а.1ыюй пары. считывает оба результата преобразова
н11я, а зате\1 производит 11\. выч11тан11е. Д.'lя вьшо.'Iнения одного д11фференц11аль
ного преобразования данный мето;~ требvет двух преобразований (по одному для
каждого из двух вхо;~ов). В результате эффективное время диффсренциалыюго
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП J40S J
К опорному
vcc
мсrочнмку
AEFl•I
lllUX OUT
сомr
канаn 11 INO
INI
EDC:
канаn i (
111i
STAllJ
IN3
Atf
канаn s1
111•
DE
1115
канаn •\
1111
DJ
IН7
ADCOl11
О1
канаns 1 ." .
AllCDl17
D5
INI
о.
Кзнаnl 1
INIO
D3
11111
D2
к мn 111Щ1феМсу
канаn r (
INll
DI
INl3
DO
канаn1 / 11114
INl5
о
с
К опорному
•
llEfl-1
А
МСfОЧНМ1СУ
GNO
CUI
Рж.9.12
-=
Простой В-канальный дифференциальный АЦП
преобразовашrя в два раза больше времен11 прсобразова1111я одного канала, что
не.много превышает 200 ~tкс (при условш1, что тактовая частота равна 640 кГц). Для
получения точных результатов напряжения на дифференциальных входах долж
ны быть стабильными во время проведения преобразований. (См. «National Semi-
conductor•, Application Note 258, 1994, р. 597.)
9.3 .9 . Дифференциальный 16-канальный АЦП
На рис. 9.13 представлена схема подключения АЦП ADC0816/17, обеспечиваю
щая работу АЦП с шестнадцатью лифференциальнымн входами. Она представляет
собой :моднфнкацию схемы, приведенной на рнс. 9.11. Из~1е11ена адресация CD4051,
а между. выхода~ш мультнплексора и входом компаратора добавлен днфферснци
альныii усилитель. Модиф11ц11рована логическая схема управления выборкой И С
CD4051; при этом реализуется аналоговое вычитание с11гналов на соответствую
щих лнфференпиальных входах. Такая схема позволяет 11спользовать только
одно преобразование АЦП для каждого д11ффере11ц11алыюго входа. Выхо:хы трех
мультиплексоров подключены к дифференциальному усилителю, который со
ставлен из двух 1111верт11рующпх усилителей, 11меющ11х возможность подстройки
усилс1111я и nход1юrо смещения. Пр11:\1снен11е конф11rурац1111 сдвоенного ОУ, со
ставленного нз 11нверт11рующ11х ус11л11телей, позволяет значительно упрост11ть
процедуру подстройкн и предъявляет менее строгие требования к подбору сопро
т11влен11ii обратноii связи по сравнению с использованием o.:tнoro ОУ. Перелаточ
ная функция для показанного на схеме сдвоенного ОУ 11:~.1еет впл:
Uвых = :~::[u1-(::)u2]-
Промежуток времени между подключенне.м канала и началом преобразова
ния должен быть достаточным для того, чтобы аналоговый сигнал на входе
компаратора достиr установившегося значения. При 11спользован1111 ОУ типа
LFЗSЗ, прнвслешюго на схеме, время задержки составляет около 5 мкс. Усиление
1406 I АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
КаtМ 1
Кatan
~~J
Кatan
--
- -1'-
IС,81ффе-
p!!IQI·
~
.....
КJ18Ффе-
pe!QI·
.,.._
......
J
1
5
5V
1
vcc
l/Ot------.
-
.
-
3
СО•О518 INK ..., ___
100А·~!"'' 1
...
~'ltLF353
113
1
-
... ..... .... ..
1DOKO (1"1
-
l
-
1
-
а
с-
•·-
·-
v
50110
VSS VEE
-
J
-
·
-
5
-
.
-
3
-
l
~- 5V
1
vcc
l/D
11•
•:
51V
IDOICQ(l"J ~ ~
--~~~--
OUT"'' VCC
--- -
:~Lf CWll Гl
DISAILE
СО.0511 lllН t-t-+.....-.i-~~t.. •О llMJ•C173 •D - - --
С
30
311-
-
,
1
20
lD-
-
D
A
10
1D-
~ss WE
CiND CLK
j;--1
-
5V
1
vcc
•u1~ft-------------------t-------+-+-+-+~
IMD
CDll'
1111
IM2
ЕОС
-
1113
SfA8'T
-
111•
ALE
-
1115
О1
-
,...
-
1117
07
-
IМI
DI
-
INI
АОСО111
05
-
11110 ADCDl1J
а.
-
11111
D.1
-
11112
Dl
-
IN13
11
-
1111•
DO
-
IN15
1
ICaqJtOМy
llEFl-1
с
мсnн.у-
•
+sv- El 'AllSIOll
А
lillD
J_
":"'
Рис. 9.13. Дифференциальный 16-канальный АЦП
11 входное смещение ОУ подстраиваются для обеспечения считывания как ну
левою, так 11 по.тшомасштабноrо выходного цифровою сишала в требуемом диапа
зоне входного аналоrовою сигнала. (См. •National Semiconductor•, Application Note
258, р. 598.)
9.3 .10. Схемы буферизации
На рис. 9.14 и 9.15 приведены две стандартные схемы буфер11заци11 (промежуточ
ного соrласова1111я диапазонов с11rналов 1111~шедансов) для АЦП. Возможны три
основных д11апазона уровней вход1юrо спrнала:
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП 1407 I
+V
+5V
"
vtc
llEF(+I
MUX DUT
+5
EX,_NSIDtl
сомr
INO
fOt
IN1
SJAllJ
INZ
А1.Е
IN3
С1(
IN4
IN5
D7
IN&
ADt0811
01
ICдn'lltQМ
tN7
ADtD817
05
.".
О•
INI
D3
...,.
a:r
к мn ""1ерфемсу
llШ
D1
1Nt2
00
1Nt3
.....
D
IM15
с
1
ll(f(-1
•
смо
CLIC
Рис. 9.14 . Схема буферизации с ОУ
vtc
llEfl +.
EOt
MUX OUT
сом,
IND
D7
IN1
D8
INl
D5
IN3
D4
IM4
оэ
1"5
Dl
INI
AOCD811
DI
IN7
ADCD817
00
.. ..
IM!
STAllT
IN1D
А\.Е
IИ11
Of
INll
CLK
IM13
IM14
IN15
>-......___....
llfF( - 1
СМО O,_NS I ON
+25V
Рис. 9.15. Схема буферизации дnя диапазона входных напряжений ±2,5 В
l4oa I АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ и ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
о значение сигналов превышает значение V се либо ниже потенциала ~земли•;
о диапазон не выход11т за пределы V се 11 потенциала ~земли•, но от:шчается от
диапазона напряжений опорного источника;
о диапазон соответствует диапазону напряжениf1 опорного источника.
Для каждого из трех случаев требуется своя схема буферпзашш. Для последне
го буфер11зац11я, как правило, нс требуется, за 11сключен11ем снтуашш, ког;tа 11:\Ше
данс источника входных сигналов имеет очень высокое значснне. Тогда между
выходом мультиплексора и входо:\f компаратора :\южно добавить буферный кас
кад (см. рис. 9.14). ОУ с высоким ВХОДНЫ\1 и IШЗКll~I ВЫХО;{НЬШ И:\Шедансамн сни
жает входные токи :\tульпшлексора.
Еслп диапазон входного сигнала находится в пределах напряжения 11сточш1ка
шпанпя, но отличается от диапазона напряжений опорного источ1шка ( илн диа
пазон 11апряжениii опорного 11сточш1ка не может быть установ.1ен в соответствии
с д11апазоно:\1 входного сигнала), В:\1есто буферного каскада с ед1ш11чны:\1 усиле
ние~111спользуют другой операшюнныii усилитель. Этот ОУ позволяет управлять
как усплеш1е\1, так и С:\1ещение'1 сигналов и, с.1едовательно, получить полно:\tас
штабный диапазон входного напряжения, соответствующий опор11ш1у.
Когда входной сигнал превышает Vсе либо ниже потенциала «Зе\t.1И•, уровень
входного с11гн~1а должен быть С:\tещен, прежде чем он поступит на мультиплек
сор. Однако такое смещение уровня 11\1еет ограничение, ес..·ш диапазон входного
напряжения укладывается в 5 В, но отличается от напряжения 11сточш1ка шпа-
1шя менее чем на 0,5 В. В это:\1 случае уровень 11сточш1ка питания входноii ИС мо
жет быть с:\1ещен к уровню входного сигнала. а уровень цнфровоrо выходного сиг
нала - к уровню спстещюго источника шпа1шя 5 В. Т11п11чныii пример смещения
уровней сигналов 11 буфернзашш - когда входной 611по"1ярный сигнал 11з\1еняется
от -2,5 до +2,5 В. Ес.ш у АЦП есть собственные 11сточ1шю1 шпання и опорного
напряжения (с\1. рис. 9.15), то уровни выходных лошческ11х сигналов ±2,5 В мо
гут быть сдвинуты к значе1шя~1 логического уровня О 11 5 В. (См. ~National Semi-
conductor•. Application Note 258, 1994, р. 599.)
9.3 .11 . АЦП с микропроцессорным управлением усиления
На рис. 9.16 представ.1ена схе:\1а включения АUП ADC0816/17, в которой микро
процессор .:щстаншююю управляет велнчшюii коэффиuиента уси.1е1шя входного
сигнала. В цепи обратной связи простого неннвертирующего ОУ установлен ана
логовый мультиплексор CD4051. Управ.1ение усилением ОУ осуществляется пр11
выборе одного из аналоговых переключателей ИС CD4051. Так11~1 образом про
нзвощпся по..1ключенпе либо отключение олного из резисторов обратноii связи.
Прн различных величинах сопротпвленпя резисторов R2N можно получить разные
значения коэффициента усиления. Коэффшщент ус1L1ения Av опре..1е"1яется следу
ющим выражение\t: А\.... 1 + (R2~ / R 1). Микропроцессор (илн лоrнческая управ
ляющая схе~1а) задает коэфф11ц11ент усиления, записывая адрес канала в 4-разряд
ныii решстр .ММ74С173. Выходноii сигнал ОУ LFЗ56B не должен превышать
напряжения источника питания. Следовательно, необходш1ыii коэфф11ц11е11т уси
ления ОУ до.1жен устанавливаться перед кажды:\1 подключеш1с:\111ового кан~'lа.
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП f409 I
+5
l(f(+\
lllD
llff
1N2
IN3
IN4
IN5 ADCOI\&
INI
ADCDl\7
Кда...аам
IN7
IМI
1119
IN\0
IN\I
1N12
IN13
'"''
1Nl5
к мет,,.....,
llEft-1
опорноrо~
(DC
STAIT
ALt
Df
D7
DI
05
04
03
Dl
D1
DO
о
с:
•А
+S
+5V
+5
VDD
C:LEAI\
4D
3D
ZD
1D
,___________
к мп 14Н1ерфеАсу
Рис. 9.16. АЦП с микропроцессорным управлением усиления
к мn Wt1epфeity
Резистор с сопротивлением 1 кОм на выходе LF356B позволяет защитить вход ком
паратора.от случайных псренапряжсннii (либо снижения напряжения). Два обрат-
1ю смещенных д1юда на входе Vсе и ~земли~ (типа 1N914, либо диоды Шотткн)
обеспечивают дополнительную защиту. (См. ~National Semiconductor•, Application
Note 258, 1994, р. 602.)
9.3.12. АЦП с выборкой и хранением
На рис. 9.17 и 9.18 приведены схемы включения АЦП ADC0816/0817, реализую
щие функцию выборки и хранения (эта операuия - единственная из основных для
системы сбора данных, которая не включена в набор функций. АЦП указанного
типа). При большой скорости смены входных сигналов применяется быстрый за
хват сигнала 11 его удержание (храпение), пока АЦП не преобразует его в цифро
вую форму. Эти операщш можно осуществить введеннем устройства выборки
и хранения между выходом мультиплексора 11 входо:\f компаратора. В простеiiше~•
виде выход мультиплексора соединяется с входом компаратора 11 с конденсато
ром, подключенным к «земле•. Вывод расширения управления в этом варианте
используется как вход управления выборко:А. Когда на выводе EXPAND высо
кий уровень сигнала, один из ключей включен и напряжение на конденсаторе
соответствует входному. Когда же на этом выводе низкий уровень спгиала, все
ключевые элементы выключены, а на конденсаторе сохраняется прежнее значение
/410 1 АНАЛОrО-ЦИФРОВЫЕ и ЦИФРО-АНАЛОrОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАПЛИ
K~onoptarO
.........
к..,......
К 11С1О1Иу onapcro
.........
+5V
va:
atfl+I
MUXOUT
t011'
DNllD
-
•1
ЕОС
•i
ITAllT
INJ
А&.Е
Ul4
DE
•s
lllCltll
.". IDCOl1J
DJ
INJ
DI
...
DS
"
114
•10
DJ
.,,
DI
•11
D\
•1J
"
...,.
11115
D
с:
•
lllfl-1
А
1111
а
':'
AllAL° '
' """
DU7'UT
LOCIC
.sv
ШEIEllCf
llOLD W
LOllC
Усе
IU(+ 1
8UI DUT
WANS*
CDllr 11------JVI.,.,,____
1111
fOC:
1112
srцт
l"J
ш
IN4
DE
1NS
-
DJ
INJ
АОС11111 D1
INI
ADCOl17
DS
INt
1М
INtl
DJ
llШ
D2
1112
01
INtJ
DO
.,.
•1s
IEFl-1
CllO
l:Ut
111Q
Рис.9.17
АЦП с выборкой и хранением
на ОУ LFЭ56
Рмс.9.18
АЦП с выборкой и хранением на
ИС LFЭ98
напряжения. К сожалению, это простое решение приводит к 60~1ьши~1 погреш
ностям.
Входной ток компаратора составляет око.10 2 мкА (в худше~1 случае - при такто
вой частоте 640 кГц). Сн11жен11е напряжения (скорость разряда) для конденсато
ра емкостью 1000 пФ составляет около 2000 В/с (или 0,2 В за время однократного
преобразования). Такая величина недопустима с точки зрения погрешности
преобразования. При использовании конденсатора емкостью 0,01 мкФ разряд
составляет порядка 20 мВ, что бо.1ее пр11е;\L'lемо. Однако вре.мя выборки будет
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП ~
составлять около 100 мкс, что сравнимо с временем преобразования. Схе:\1а,
представленная 11а рис. 9.17, устраняет проблему, связанную с погрешностью 11з
за высокого значения тока утечки на входе компаратора. При включении буфер
ного каскада LF356 между выходо~t мультиплексора и входом компаратора ток
утечки удается снизить с 2 мкА до примерно 100 пА. Сн11жен11е напряжения за
вре~1я одного преобраэованпя составит менее 1,0 мкВ (при использовании конден
сатора емкостью 1000 пФ, показанного на схе~1е), а время выборки - порядка 20 мкс
(вместо 100 мкс). В схеме, пр11всдешюii на р11с. 9.18, И С выборки и хранения LF398
11зол11рует конденсатор как от выводов мультиплексора, так и от выводов ко~шарато
ра. Время выборки для LF398 составляет, как правило, около 4 мкс (при точности до
1%), а разряд конденсатора- порядка 20 мкВ за вре~1я одного преобразования. Так
как у И С LF398 11.:\1еется собственный вход выборки 11 хранения, то вывод расшире
ния управления АUП освобождается для 11спользова1111я в 11ормально~1 режиме.
В схеме хранения рекомендуется использовать конденсатор с ~шшшальными диэлек
тр11ческ11м11 потерями (с пол11пропиленовой или полистироловой изоляцией). (См.
«National Semiconductor•, Application Note 258, 1994, р. 604.)
9.3 .13. Организация интерфейса АЦП/МП
На рис. 9.19 и 9.20 приведены рабочие алгоритмы интерфейса АUП/МП для режи
.ма управле1111я прсрыва1шям1111 режима ввода/вывода. Каждый из этих алгоритмов
°"1а1И1Ь ВфеС
на uоды А.В.С 11 D
MПDC/lllТЬllllflYllЬC
ш (эа-рузмn. ЩМ!С)
1· ГЮааn.~м 1
ммпуnw:(начаn.~)
г.-------1-------,
··~~·
1 EOCнe~нaltllЗIClliiVll!W!tll. I
~-------i---J~~~...
г---- ----,
:IЩJewlnь~:
L----r-----1
(~rw~мy J
1~ТЬ~ВЫ·1
JCll80E:311J)'f.»11Ь.15111tiie
1
r:,---------,
.···С1'4хх:~ 1
1
1
L..-- --1 -- --..8
~---------"
, ··~11)1!р~11ВtИА 1
~
~
Рж.9.19
Алrоритмы интерфейса АЦП/МП
дnя режима управления прерывани-
1мн
При."Wечания к рис.:
•
-
блоки испо.11.ьзуются толь
ко в то.ч случае, когда сиг11а,1
оконча 11ия преобразования
ЕОС поступает 11епосред
стветю на вход прерывания
цe11тptL'lЫlOZO процессора.
••
-
блоки используются то.1ь
ко тоzда, коzда прерываиия от
различ11ых источ1шков обьеди-
11Яются вместе.
•••
-
б.'lок используется при npo-
lfXL\l.Jlll0..41 сбросе трииера пре-
рыва11ия.
• • •• - прерыва11ия могут быть
разрешены в любой чо wент
после сброса аппаратного пре-
1412 f АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАПЛИ
может использоваться с АUП ADC0816/17, но процедура
ввода/вывода обычно требует подключения дополнительных
внешних ко~шонентов. В режиме ввода/вывода микропро
цессор ( и.11и центральный процессор) пер11од11чески обраща
ется к АЦП. который восприн11\1ается как порт ввода/выво
да по отношению к центрально:\1у процессору. В режиме
управ..'lенпя прерываниями АЦП может прерывать работу
микропроцессора аналогично устройству па.\IЯТИ. С точки зре
ю1я разработчика системы, главное - обеспечить пр11е.м мик
ропроцессором сигнала окончания преобразования от АЦП
(ЕОС, с:\1. рис. 9.4). Хотя реальная организация циклов
считывания 11 записи микропроцессоров различна, боль
шинство из них выдаст выходные с11п1алы адресов 11 данных
(во время записи) на систе:\1ные шины. Спустя некоторое
время активизируется л11бо сч11тывающ11ii, либо зап11сываю
щ11й строб определенной дл1пелыюст11. Управ.1яющая лош
чсская схема интерфейса должна определить состояние шин
адреса данных и 1ш1щ1шровать ,Jа.'lьнейшие действия. Для
АЦП ADC0816/17 эти действия до.1жны предусматривать
С.'Iедующее:
1. Загрузить адрес канала.
2. Начать процесс преобразования.
3. Заф11кс11ровать окончание преобразования (выде
лить сиrна.1 ЕОС).
4. Сч11тать результирующие данные.
Переч11с.'lенные функшш выполняются путем декодиро
вания стробов чтен11я/зап11с11, адресов 11 данных. После де
код11рован11я фор:\шруются сиrна..1ы разрешения считыва
ния адреса (ALE) 11 запуска (START), зате:\1 фиксируется
появление шшульса окончания преобразования (ЕОС)
11, наконец, считываются данные. (С:\1. «National Semicon-
ductor•, Application Note 258. 1994, р. 605.)
9.3 .14 . Упрощенный интерфейс с МП 8080
ОщвlnъаФВСН11111118~1
A.B.CмDмПOCllilllo
~AiE
(:вру:!МlЪ аqв:)
Рис. 9.20. Алгоритмы
интерфейса АЦП/
микропроцессор дnя
режима ввода/ вывода
На рис. 9.21 представлена cxe:\ia органнзашш интерфейса .между АUП ADC0816/t 7
и :класс11ческ11м :'.Шкропроцессоро:\1 пша 8080 (INS8080/8224/8228). Приведенный
пример согласования дово.JJьно прост, так как центральный процессор INS8080
ш1еет в режю.1е ввода 1 вывода (1/0) отдельные стробы считывания (l/OR) и за
писи (l/OW). то есть отдельную адресацию ввода/вывода. В результате в этой си
сте.ме интерфейса либо совсем не требуется дешифрирование адреса. лнбо оно м11-
ю1~1ально. Две схе.:\fЫ ИЛИ-НЕ 11спо..1ьзуются для управ.'lения строба:\tИ ввода/
вывода (1/0) при ПО:\ЮЩll старшего адресного б11та А7. (l\111кропроцессор INS8080
11:\1еет 8-ра:iрядныii адрес портаt что обеспечивает макс11мум четыре порта ввода/
выво,Jа, если входы А - D подключены к адресной шине.) Триггер Ml\.174C74
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП 1413 \
+SV
+5V
vcc
llUX OUT
UfМSIDN
С011'
ll[f(+I
8'10
IN1
IHZ
IN3
IH4
IНS
INI
IH1
INI
IНI
IN10
IN1'
IN1l
IH13
IN1•
INIS
llEF(-)
к-
о1!ребаnм
-
KlltfOЧlllltY
Oll(Jptt(rO
.........
К да.-
KllCllН4lll'f
onopнaro
~
(ОС
ALE
StAllT
0[
ADCll816
07
NltOl\J
01
05
D•
03
Ol
01
DO
о
с
•а
CLll
+5V
VCt
MUX OUT
СОМР
llEFI + 1
INO
IN1
IN:l
IN3
IN4
f1DI
---------~- ."
-------07
t-------н
,________ 05
- --- --- :; ш- .........
......------02
t-------01
r-------00
------- ~1---
"74С74
[XPANSION
ЕОС
ALE
START
О(
• f (aoct-...11 '8mllWll
reнepillop О<•< lllHrt
IN5
АОСО116
07
1N6
аосо111
D6
IN7
05
INI
О•
IН9
03
IN10
07
INH
01
1N12
00
IN13
IN\4
D
IN15
с
8
llEFC-1
а
GllO
CLK
ММ74С74
-=-
оск
Dск
Рис. 9.22 . Интерфейс с МП 8080 с частччным дешифрированием
Рис. 9.21. Упрощенный
интерфейс с МП 8080
Примечание к рис. Для улуч
шения сов:wести.wости с ТТЛ
схемами к КМОП входа.и могут
быть подключены подтяzиваю
щие резисторы (резисторы с.ие
щения ).
OMJ4LS139
1YD
&1
l/OW
1У\
11
\Yf
.,
1У3
2УО
ZY1
11011
2У2
А7
2У3
А6
°'1
06
05
D• INS8080
т·-
02
01
00
A301\D31
f.2 Dll OZ INSIOIO
Wмна.-
At 0110\IМllUl)IClta!IUlllltl
АО 01100
•21~ '8a08ill
rенереторО• ф • 4MНrJ
При.кечание к рис. Д,1я у.lучше11ия сов.иести.wости с ТГЛ cxe.wa.wи к КМОП входа.и могут быть под-
1i.люченЬ1 подтягивающие резисторЬI.
j414 I АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕО&РАЗОВАТЕЛИ
+SV
vcc
(X,ANSION 0117•LS125
:t
MUX OUT
IOC
сом•
А6
IC~
ALE
onopooro
llEFI •1
IOllEO
,..._
START
•
IND
IN1
111
IN2
ОЕ
IN1
Al
INI
М117.С12 Dll 01174LSt2
1N5
ADCOllli
or
07
INli
ADC08t7
Dli
Dli
1N7
05
05
1(. ,_
ZIO
IHI
DI
~ w.. .....
INt
01
D1
11110
Ol
02
INll
О\
01
INl2
00
00
IN,1
INl4
D
"ипl
IN\5
с
AlOll DZ Wмна..-
r~
•
А\0 110 1
_.,.._._
CJllQptOfO
llEFl-1
А
АО 01100
...,._
GNO
CLK
М1117'С74 011 DMllLS71
D Clt
•2f iw:ro..il ~l80
-:-
Dc; ее; IMHrJ
Рис. 9.23. Упрощенный интерфейс с МП Z80
ПримАание "рис. Лu у.1учшения совмести.wости с тrл ае..чами "кмоп входа..w могут быть под
К."lючены подтягивающие резисторы.
испо.1ьзуется в качестве делителя частоты тактовых ш.шульсов на два (для полу
чения тактовой частоты преобразования 1 МГц). Ес.1и частота системного такто
вого генератора равна 11.111 меньше 1 МГц. этот триггер может быть исключен. Как
правило. типовая программа, обеспечивающая работу АЦП для схе:\tЫ, приведен
ной на рис. 9.21. снача..1а записывает адрес кана..ча (А7) в качестве стартового сиr
на.аа. Для установки входа КО:\Шаратора в рабочее состояние на АЦП посылается
второй запускающий импульс. После этого центральный процессор может выпол
нять друrие програ:\1мные сегменты до тех пор. пока его работа не будет прервана
сигналом окончания преобразования (высокий уровень на л1ш1111 ЕОС). В зависи
мости от структуры прерывания управ"1ение передается программе обработки
прерываний. которая считывает данные преобразовате.т~я. (См. •National Serni-
conductor•. Application Note 258. 1994, р. 606.)
9.3 .15. Интерфейс с МП 8080 с частичным дешифрированием
На рис. 9.22 приведена схе.ма включения АЦП ADC0816/17 сов1.1естно с двойным
дешифратором D.М74LS139. образующая интерфейс 8080 с частичным дешифри
рованием. Одна половина дешифратора DM74LS139 использована для формиро
вания и~шульсов считывания. другая - для импульсов записи. Сигналы Start (За
пуск) 11 ОЕ (Разрешение выхода) 11нверт11рованы для обеспечения правильной
полярности 11~шу.1ьсов. В это~• варианте интерфейса дешнфрируются разряды А6
SV
Vc;C EX'-NSIDN
llUX DUТ
со",
(QC
llEfl + 1
Al.f
IND
STAllt
"''
IN2
IN3
0(
1114
INS
ADC0811
07
111•
ADC0817
D6
IN7
05
INI
ОС
1119
03
IN\I
Dl
IN11
Dt
IМll
DO
11113
IN\C
о
11115
с
•
ll(fl-)
а
GND
CLK
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП 14151
+5
INt
+!IV
Т1
STROll
ti
":"
Т3
Т4
ts
t1
DMl131
Wll
ID
DUT
GND
DJ
D6
':'
05
04 llO
D3 111мн1.-
02
01
00
~1--
А1
АО
V.MMJCCJC
•ltan..., rенер8Щ1 Z80
1с;ес;1МН1)
Рис. 9.24 . Интерфейс с МП Z80 с дешифрированием
При.-wечание "рис. Лля улучше11ия соа.чести.wости с 1ТЛ сrе..иами к КМОЛ входа..ч .wогут быть под
к..1юче11ы подтягивающие резисторы.
и А7, что обеспечивает большие воз:\южност11 ввода/вывода по сравнению со схе
мой, представленной на рнс. 9.21. В схеме на рис. 9.22 реалнзована простая проце
дура ввода/вывода в режи.ме опроса. По сишалу считывания от INS8080 выход
ЕОС (Окончание преобразования) подключается к ш11не данных с по:\ющью ин
вертора с тре:\IЯ СОСТОЯJШЯМИ.
9.3.16. Упрощенный интерфейс с МП ZBO
На рнс. 9.23 приведена схе>.1а включения АЦП ADC0816/17, реализующая про
стой интерфейс с класс11ческ11ми м11кропроцессора:\П1 т11па Z80. Хотя архитектура
микропроцессора Z80 сходна с архитектурой INS8080, он использует несколько
иные лшпш управлення для осуществления чтения 11 записи в режиме ввода/вы
вода. Для стробирования команд ввода/вывода также применяются логические
схемы ИЛИ-НЕ. Однако микропроцессор Z80 имеет считывающие (RD) 11 запи
сывающие (WR) стробы, которые должны комб1ш11роват1>СЯ с сиrнало.м запроса
на ввод/вывод (IOREQ). Вывод Start подключен к выводу ОЕ. Это запускает но
вый процесс преобразования всякий раз, когда разряды данных считаны. (Такая
конф11rурац11я может оказаться полезной. если преобразователь должен постоянно
нерезапускаться после завершения цикла предыдущего преобразования.) Адресный
1416 I АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
разряд Аб используется для управления стробом, при помощи которого сигнал
окончания преобразования (ЕОС) поступает на шину данных для считывания
центральным процессором. (См. «National Semiconductor•, Application Note 258,
1994, р. 607.)
9.3.17. Интерфейс с МП ZSO с дешифрированием
На рис. 9.24 приведена схема включения АUП ADC0816/17, позволяющая дешиф
рировать адресные разряды интерфейса ~шкропроцессора Z80. Шестнразрядныii
цифровой ко:\шаратор используется для деш11фрирован11я сигналов на шинах с А4
по А7 и IOREQ. С помощью двух лоп1чесю1х схем ИЛИ-НЕ осуществляется уп
рав.1ен11е входа~ш ALE/START (Разрешение считывания адреса/Запуск) н ОЕ
(Разрешение выхода). Работа этоii схе~1ы ана.1оrнчна представленной на рис. 9.23.
Отличие заключается в том, что DM8131 обеспечивает более полное дешпфриро
вание. (См. «National Semiconductor•, Application Note 258, 1994, р. 608.)
9.3 .18. Интерфейс с МП NSC800 с частичным дешифрированием
На рнс. 9.25 приведена схема включения АЦП ADC0816/17, реализующая ин
терфейс l\.IП NSC800 с частнчНЫ\t депшфрнрованием. Этот интерфейс анало
гичен интерфейсу МП 8080, хотя пх врс~1снные характерист11кн существенно
разJ111чаются. NSCBOO устанав.·швает восе:\1ь младших адресных разрядов на
шину адреса/данных в начале каждого ц11кJ1а. Прн выборке из памяти разряды
+5
lt&.l\n D11 7tC2tO
l4LS155
lltC UNJISlllll
''°
lil
"
мuх ovr
fDC
1'1
CI
1YZ
CDM'
'"
lil
n
At.(
I0/11
ll(F( •1
2УО
С2
lY\
SJAllT
lY;J SELfCT 1
A15 , 115CICIO
"'°
no SfLfCT А
... ~-
1111
1111
Df
lllJ
1111
111~
ADCOl11
D7
AD7
/Ni
DI
ADI
1117 ADCOl1l
05
А115
1111
Dt
АIМ MStlDO
к.-
111!1
DJ
ADJ ш...,....
IN10
Dl
ADl
11111
D\
А111
11111
D8
аоо
INIJ
1111•
D
.""... ,
INl!I
с
AfDOllADZ ~-
•
AJOllAD1 __,.. _
llffl-1
А
А1 О11 ADll
GND
cuc
D117tL574
Qск
Qск
•llX18Иlil _,_ ..
": :"
f11111118Щ)Ос;•с;5111111
Рис. 9.25. Интерфейс с МП NSC800 с частичным деwифрированием
При..'41Аание к рис. Д'lЯ у:1учшения сов.wести.чости с ТГЛ cxe-чa.ttu к КЛIОП входа.ч могут 6Ь1ть под
к.1ючены подmяlивающие резисторы.
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП f417 /
с АО по А7 должны быть считаны в начале цикла считывания или записи. Пр11
обращении к режиму ввода/вывода (1/0) NSC800 дублирует восьмиразрядныi1
адрес на адресные шины А8 - А15. Запоминание необязательно, так как эти
шины не мультиплексируются. Для формирования стробов считывания 11 за
писи используются сигналы с линий RD (считывание) и WR (запись) 11 сигнал
IO/M. Сдвоенный 2-4-дешифратор дешифрирует разряды А15 и А14, пр11че~1
А14 разблокируется стробами записи-чтения. Инверторы с тремя состояния~ш
используются для дешифрирования так же, как на рис. 9.22 . Пр1шенсние двой
ных импульсов не требуется, так как сигналы START (Запуск) и ALE (Разре
шение считывания адреса) подаются раздельно. (См. ~National Semiconductor•,
Application Note 258, 1994, р. 608.)
9.3 .19. Упрощенный интерфейс с МП NSC800
На рис. 9.26 приведена схема включения АЦП ADC0816/17, в которой использу
ется упрощенный (минимальный) вариант интерфейса МП NSC800. Здесь при
меняется логическая cxe~ta ИЛИ-НЕ (аналогичная использованной в схеме на
рис. 9.21, но с друшми сишалами управления). Когда сигнал окончания преобразо
вания (ЕОС) переходит на высокий уровень, срабатывает триггер (ММ74С74) и вы
ход INТR переходит в состояние низкого логического уровня. При подтверждении
+SV
Vl:C WINSION
:1
11ux аuт
самr
EDC
К1С!О'1181КУ
mopнoro
•FC+I
ALI
..... ......
DID
ITAAT
IJl1
1112
IJl:S
аЕ
llle
IJIS
МIСО811
D7
ltll
ADCD117
DI
1(~
UIJ
DS
INI
D4
... .
D:S
11110
DZ
11111
D1
IJl12
DO
11113
1111•
D
11115
с
IClllCIO't!RY
•
onapнoro
llEFC-)
А
~
liND
CUI
':-
+SV
11111
.......+--·
R"C
\о-.._-А15
-------ADJ
t-------- ADI
to-------- AD5
t-------- ADt МICIOO
-------
AD:I W...Д118U
-------Мl:r
-------No1
---- ---A D I
Рис. 9.26. Упрощенный ннтерфенс с МП NSC800
Примечание к рис. Для улучшения совместимости с 1ТЛ схема..wи к КМОП е\"ода.w могут быть под
к.люче11ы подтяzивающие резисторы.
1418 I АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
от NSC800 приема прерывания переводо~f INTA на низкий уровень триггер сбра
сывается. Ес..111 одновременно происходят несколько прерываний, то INТАдолжен
стробироваться сиrналом окончания преобразования ( ЕОС), либо должен исполь
зоваться иной сип1ал управления, а не INТА. Это требование вызвано тем, что
NSC800 может принять другое прерывание и сбросить прерывание от АЦП до
того, как результат преобразования будет зафиксирован. (C)f. •National Semicon-
ductor•, Application Note 258, 1994, р. 609.)
9.3 .20. Упрощенный интерфейс с МП 6800
На рис. 9.27 приведена схема включения АЦП ADCOB 16/17, в которой использу
ется упрощенный (минимальный) вариант интерфейса МП 6800. В схеме приме
нен цифровой ко:\шаратор DM8131 для частичного дешифрирования адресных
разрядов А12 - А15 с использованием двухфазного тактирован11я и сигнала VMA
(адреса ячейки памяти). Таким образо:\1 обеспечивается получение импульса де
шифрирования адреса для двух лоrическ11х схем ИЛИ-НЕ, которые, в свою оче
редь. фор;м11руют импульс START/ ALE и сиrнал ОЕ. Сигнал окончания преобра
зования (ЕОС) подается в качестве сигнала прерывания (IREQ) через инвертор
11 используется только в системах с одиночным прерыванием, так как у 6800 нет
возможности сбросить прерывания (за исключением начала нового цикла преоб
разования). Так как сиrнал ЕОС непосредственно связан с входом прерывания,
+1
vtC OrAllUlll
:1
llUllOUJ
C:Oll•
(ОС
к__,
cncptOrO
Nfl+I
ALE
.. ,._, _
1110
StAllt
... ,
INl
111)
Df
•н•1111
AOCIМltl
07
INI
AllC118t7
DI
а:...-
INJ
05
11111
О&
INI
D)
INIO
О1
IN'1
о•
IN1Z
DI
llltJ
.,.
D
IJl11
с
ICllC100N8Y
•
onapooro
IU(-1
а
.........
CLK
»-----------
11'1
t------11
t------DI
-----05
-:
+IV
vtc
IПOlf
ом11n
-----= ... w......
11------DI
1------Dt
-----·
-------:1 ...
11-------- :: ,..__
tl
"t•
n
tl
"
81(~181"*81
rllllP8IOlll"•"tllНll
1=
+IV
All 1
... "
AIJ ,.._lllllНI
'11
~
VllA
Рис. 9.27. Упрощенный ннтерфеi:iс с МП
Примечание к рис. Для у.tучшеНUR coвмt'cmu.tWCmu с 1ТЛ cxe.'ttll.wu к КМОП входам моzут быть под
к.1ючены подmя1Uвающие резисторы.
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП 1419 I
управляющая программа не должна повторно разрешать прерывание в течение
восьми тактов синхросиrнала АЦП после подачи запускающего импульса (START),
то есть пока выход ЕОС находится в состоянии низкого логического уровня.
(См. •National Semiconductor•, Application Note 258, 1994, р. 610.)
9.3.21. Интерфейс с МП 6800 с частичным дешифрированием
На рис. 9.28 приведена схема включения АЦП ADC0816/17, в которой использу
ется интерфейс МП 6800 с частичным дешифрированием адресных разрядов. Он
имеет больше стробов порта ввода/вывода по сравнению со схемой, представлен
ной на рис. 9.27. Для дешифрирования адресов применяются логическая cxel\ta
И-НЕ и инвертор, а также сигналы VMA 11 двухфазного тактирования. Формат
16-разрядных двоичных адресных слов для управления АЦП выглядит так:
1111 ОХХХХХААВВВВ,
rде Х не имеет значения;
АА ( А4, AS) равны 00 при выдаче сигнала ALE или считывании сигнала сброса
IREQJEOC;
+IV
vcc Dl'МllDN
lllUX OU1
(ОС:
to••
ll(f(+I
IND
STAlll
IN1
INl
Df
IN3
•н•
1111
ADC0811
D1 -------- D7
INI
ADC0817
Dt
Dt
~
п
п
IV
'"'
D4
1М llOD
li1
С1
llLI
saa
IN9
DJ
DJ W-.. -
~
П
N
IN"
01
01
IN12
DD
D0
IN1J
IN1S
С
Al 011 oi 18О11
."..
D,_________ AJDll DJI
1
A1Dll01 W....lllllИ8
ll(f(-1
А
AIOllDO _....,_.....
CLK
., , 11111ес1•
--- 0
СК
~ fCXТ8188o11118CI08.lii
Ц111р11Ор 1 с е" 1 MHrl
Рис. 9.28 . Интерфейс с МП 6800 с частичным дешифрированием
Atl
Примечание к рис. Для улучше11ия сов.wести.чости с ТГЛ cxe.wa..wu к КМОП входа..w .wozym быть под
к.люче11ы подтяшвающие резисторы.
1420 t АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОfОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
АЛ (А4, А5) равны 01 при выдаче сиrнала START или считывании данных;
ВВВВ (АО -АЗ) - адрес выбранного канала АЦП, если А- D подключены к ад
ресной шине и получен сиrнал ALE.
Для фор~шрования эnix стробов использован сдвоенный 2-4-дсшифратор. Инвер
торы нсобхо:~1шы для создания требуе~1ых лопrческих уровней. МП 6800 поддержи
вает только структуру прерываний с проволным ИЛИ. Если в системе возможно по
ступление с11rна.1ов прсрываю1я от различных устройств, то при получении такого
с11rна..1а стандартная програ.м~1а управ.1ения прерываниями должна определить,
~---- -----------------------,
•
•
•
•
1
1
1
1
•п.с---....-
1-.--
·-
1
1
1
"с1
1
~--------.J
.
•
Рис. 9.29. Функционольноя схема nеремножоющеrо ЦАП
-- -oV•tf
t---+-o•out 1
При.wечание к рис. Приве~-на упрощенная функциона:~ьная cre.wa КМОП ЦАП DAC1020 для пяти
старши\ разрядов. К.\IОП ЦАП друzих типов ана.'lоzичны 110 принципу действия, но содержат
встрйf'юtые .101ичеаие cre.wы. позво.1Яющие упростить интерфейс с базовыwи микропроцессорными
cucme.wa.wu. Типичный при.мер - UАП DAC1000
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП f421 /
какое из устройств его вызвало, и обслужить именно это устройство. Для выпо.11-
нения таких действий сигнал ЕОС выведен на шину данных и может контролиро
ваться центральным процсссоро~t. (См. •National Semiconductor•, Application Note
258, 1994, р. 610.)
9.3 .22. Перемножающие ЦАП
На рис. 9.29 представлена функциональная схема перемножающего ЦАП. Так как
четырехквадрантные ЦАП позволяют цифровому слову воздействовать на анало
rовый вход (и наоборот), выходной сиrнал может отображать сложную функцию.
Перемножающие КМОП ЦАП позволяют подавать переменные биполярные ана
логовые сигналы на опорный вход. (См. 4National Scmiconductor•, Application Note
269, 1994, р. 659.)
9.3 .23. Генератор синусоидальных сигналов с цифровым управлением
На рис. 9.30 приведена схема генератора сиrналов синусоидальной формы с изме
няемой частотой на базе ЦАП DAC1020. При цифровом управлении схема может
генерировать сигналы с частотой до 30 кГц. Линейность частоты выходного сигнала
Рис. 9.30. Генератор сигналов синусоидальной формы с иэменяемоi1 частотой
Примечание к рис. В схеме при.wеняются диоды типа 1N4148. • - 1% пленоrтый резистор
f422 j АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕО6РА30ВАТЕЛИ
относительно входного цнфровоrо кода не хуже О, 1% для каждой из 1024 дискрет
ных выходных частот. Для настройки схе~1ы необходимо установить все цифро
вые входы ЦАП в состояние высокого логического уровня и подстроить потенци
ометром 25 кО~1 выходной сигна.1 на частоту 30 кГц (настройку частоты нужно
контролировать частотомером). Затем следует подключить анализатор искажений
к выходу схемы 11 миниl\шзировать искажения потенц11ометрам11 5 и 75 кОм. И на
конец, с помощью переменноrо резистора 1 М 0~1 нужно установить необходимый
уровень выходноrо сиrnала. Схема обеспеч11вает быстрое переключение выходной
частоты - см. рис. 9.31.
Отмеn1м, что частота выходного сиrnала изменяется практически мrnовенно (без
нежелательных задержек) боw1ее чем на порядок в соответствии с цифровыми коман
да.\ш (верхний сиrnал на рис. 9.31). При работе схемы в ш11роком температурном
диапазоне 11зменеm1е сопротивлен11Я внуrренней мноrозвенной рез11стивной 4ЛОСПШ
цы • ЦАП может вызвать погрешность, которая компенсируется реверсированием
входов усилителя А2 и введением дополнительного усилителя (показан пунктирной
линией на р11с. 9.30) между ЦАП и Al. Так как этот усилитель использует внутренний
резистор обратноii связи ЦАП (с.м. р11с. 9.29), температурная погрешность рез11ст11в-
11ой •лестницы• будет ко:мпенс11рована, что приведет к бо..11ее стаб1L1ыюй работе схе
:мы. (С.м. •National Semiconductor•, Application Note 269, 1994, р. 660.)
11!1
f1
.
.~.
"
~1
/"~ i"'
..
...
...
1'-...."
./
.. ......
~-
Рис.9.31
Осциллограмма сигналов генератора
9.3 .24 . Цифровой потенциометр
На рис. 9.32 приведена схема цифровоrо потенциометра на базе ЦАП DAC0830.
В этой схеме входное цифровое слово умножается на приложенное опорное на
пряжение. Результирующее выходное напряжение представляет собой полученное
про11зведен11е, норма..1изованное с точностью определяе;\ЮЙ ЦАП. ОУ преобразует
выходноii ток ЦАП в напряжен11е с использованием резистора обратной связи
15 кОм, нахо;хящегося внутри ЦАП. Для сохранения л11нейност11 выходного сиг
на..11а напряжение на двух выходных токовых выводах должно быть как можно
ближе к нулю. Поэтому необходимо, чтобы напряжение смещения на входе ОУ
было нулевым. Степень нелинейности определяется соотношением Vos и VREF·
Пр1111спользоваюш цнфровоrо JТотенциометра для регулировки пере.менноrо сиг
на.'lа (напр11~1ер, в аудиотехнике) во все~1 диапазоне приложенноrо опорного на
пряжения (даже пр11 его переходе через нулевое значение) линейность ЦАП
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП 1423 I
."
DACIUI
CllO
Рис. 9.32. Цифровой потенциометр
позволяет снизить 11скажен11я с11нусо11дальноrо сиrnала а.мпл11тудоi1 1О В до 0,004%.
(См. •National Semiconductor~. Application Note 271, 1994, р. 665.)
9.3.25. Цифровой потенциометр с комбинированным усилителем
На рис. 9.33 приведена схема ц11фровоrо потенциометра па базе ЦАП DAC1208
с улучшенными характер11ст11ка\1И по сравнению с устройством, рассмотренным
выше. Схема на рис. 9.33 сочетает прекрасные входные 2<.арактеристики по посто
янному току классическою LMl 1 с высоки~~ быстродеiiствием LF 351. (См. •Na-
tional Semiconductor~. Application Note 271, 1994, р. 665.)
Рис. 9.33. Цифровой потенцчометр с комбинированным усилителем
Примечание к рис. Вре.wя установ.:tения выход11оzо напряжения ратtяется примерно 8 мкс при пе
реходе от ну11евоzо к wакси.wt1ЛЫt0чу :тачению.
9.3.26. ЦАП со смещенным уровнем выходного сиrнала
На рис. 9.34 приведена схема включения ЦАП DAC 1208 со смещенным уровнем
выходноrо сигнала. Смещение достигается прибавлением фиксированноrо значе
ния тока к выходному току ЦАП, формирующему выходное напряжение операцп
оююrо усилителя. Приложенное опорное напряжение служит в качестве постоян
ной части выходного напряжения и добавляется к переменной части выходноrо
напряжения, зависящеrо от заданного цифрового кода. (См.•National Semicon-
ductor•, Application Note 271, 1994, р. 665.)
\424 \ АНАЛОrО-ЦИФРОВЫЕ и Ц~ФРО-АНАЛОrОВЫЕ ПРЕО6РА30ВАТЕЛИ
llV
111
"'
Рис. 9.34. ЦАП со смещенным уровнем выходноrо сиrнапа
[ А111 D]
Vо.л • -VЯfF
-
•-
R1 256
9.3.27. Использование ЦАП с одним источником питания
На рпс. 9.35 приведена схема вкчючения ЦАП DAC1000, позво"1яющая работать
от озноrо источника питания. Многозвенная рез11стпвная •.'lестн11ца~ типа R-2R
\ЮЖет быть 11спо.1ьзована в качестве схе,tы, переключающей напряжение с целью
предотвратить 11нверс11ю вы:>1.одного напряжения, которая довольно часто наблю
дается в реж11~1е переключения токов. В расс\lатриваемоii схеме опорное напря
жение прикладывается к выводу louпll уменьшается многозвенной резпстивноii
··лестницей~ пропорцнонаJJыю задавае~ю~1v коду. Зате~• уменьшенное напряже
н не вывозится через контакт V REF без 11нверс1111 фазы. Для того чтобы обеспечить
л11неiiныi1 реж1ш работы пр11 питании от о.1ного источника, прикладываемое на
пряжение до.1жно быть ~1енее З В д.1я десят11разрядных ЦАП 11ли же '-tснее 5 В
д.1я вось,шразрядных ЦАП. Напря)!\енне п11тан11я ЦАП должно быть, по крайней
\lepe, на 10 В более поло:il\11тедьны\.:., че~1 опорное напряжение. Это гарантирует,
что К:МОП ключи резист11вноi1 •лестницы·· будут 11~1етьдостаточныfi запас по на
пряжению для своего полною включения. В схему может быть добавлен внешний
ОУ, обеспеч11ваюш11ii ус111ение выходною напряжения ЦАП во все:м диапазоне
раз~1а'\а вы\озноrо напрял.ения. Как правило, эта схе:ма обеспечивает хорошую
.'l1шеiiность д.1я восЬ\Ш- и десятиразрязных ЦАП, но не rарантируст работоспо
собность с 12-разря..J.НЫ\IИ ЦАП (так как при этом требуются очень '-lалые значе
ю1я опорного напряжения). При необход1шост11пр11.менен11я12-разрядной схемы
следует использовать ЦАП, специа'Iьно разработанные для питания от одноrо
11сточн11ка. (См. ··National Semiconductor•, Application Note 271, 1994, р. 666.)
Vovт - •VяЕ" [~]
1024
Рис.9.35
Схема включения ЦАП при
питании от одноrо источника
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП l425 1
9.3 .28. ЦАП с биполярным выходным сиrналом
На рис. 9.36 приведена схема включения ЦАП DAC0830, которая обеспечивает
биполярный выходной сигнал при однополярном источнике опорного напря
жения. Схема выполнена с использованием второго операциошюго усилителя
в выходной аналоговой цепи. Фактически эта цепь определяет значение знака
для самого старшего дтюичноrо разряда входного цифрового слова, позволяя
выполнить четырехквадрантное умножение опорного напряжения. Полярность
опорного напряжения может быть реверсирована (или может использоваться
сигнал переменного тока) для того, чтобы реализовать полное чстырсхквадран
тное умножение. (См. 4National Semiconductor•, Application Note 271, 1994,
р. 666.)
Таблица 9.3. Таблица преобразования ЦАП с биполярным выходным сиrналом
Входной код
Идеальное значение u...,x
СДР
МДР (+) VREF
(-)VREF
1
1
1
1
1
1
VR!F- 1МДР
(-) IVAEl'I + МДР
1
о
о
о
о
о
о
VAEF/2
(-) IVAEl'l / 2
1
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
1
1
1
1
1
1
1
(-) 1 МДР
(+) 1 МДР
о
о
1
1
1
1
1
1
(-)IVRUI/2-MDP
IVAEFI /2 + МДР
о
о
о
о
о
о
о
о
(-) IVAEl'I
(+) IVllEFI
Примечание 1t табп. СДР - старший двоичный разряд. МДР
-
младший двоичный разряд;
МДР = IVREFI / 128.
Рис. 9.36. ЦАП с биполярным выходным сигналом
CD - 128)
Vou1 • VяeF~
Примечание к рис. • - :1учше при.wенять резисторы фир.wы Beckman Inst1uments, /пс.
9.3 .29. Усилитель, управляемый ЦАП
На рис. 9.37 приведена схема включения ЦАП DAC1000, позволяющая управлять
выходным сиrналом усилителя LF351. В рассматриваемой схеме ЦАП использует
ся как элемент обратной связи инвертирующего усилителя. Мноrозвенная резис
тивная 4Лест1шца>) типа R-2R цифровым способом изменяет величину ныхо!1ноrо
сигнала цепи обратной: связи, поступающего на суммирующий вход усилителя.
Сопротивление обратной связи можно представить из.меняющимся от прпмер
но 15 кОм до бесконечности пр11 изменении входноrо кода от полного значения
1426 I АНАЛОrО-ЦИФРОВЫЕ и ЦИФРО-АНАЛОrОВЫЕ ПРЕ06РА30ВАТЕ.ПИ
до ну!lя. Внутренний резистор обратной связи используется в качестве входного
резистора усил1пеля. Когда все входные разряды имеют нулевые значения, цепь об-
ltV
••v
-v,,..1102•1
Vouт·--o-
Рис. 9.37. Усилитель, управляемый ЦАП
ратной связи разомкнута и на выходе ОУ
устанавливается напряжение насыщения.
(C~t. •National Scmiconductor•, Application
Note 271, 1994, р. 667.)
9.3 .30 . Умножитель емкости
На рис. 9.38 приведена схе\1а включения
ЦАП DAC0830 в качестве умножителя емко
сти. Рассматриваемая схема представляет
собой усилитель, управляе~1ыii ЦАП (ис
по.1ьзуемыi1 для у~шожения е\1кости), чтобы
м11кропроцессор мог обеспечить управление
частотньши 11:111 вре:\1енны~ш характер11ст11-
ка.\1И с11сте~1ы. l\111кропроцессор управляет
цифровым входом ЦАП, который, в свою
очередь, управляет усилителем для 11з\1ене
ю1я величины е~1кост11. Эта емкость может
использоваться для 11з\1енения постоянной
вре~1ени RC-цeпeii, меняя, таким образо,r, .·шбо вре\1я, либо частоту. В рассматри
вае~юii схе~1е ЦАП реrулпрует ус11.1ен11е каскада с фиксированной е~rкостной об
ратной связью. Экв11вале11тная В\.о.;~ная е~rкость такого каскада благодаря эффекту
Мил..1ера равна ве.тшч1ше ф11кс11рованноii емкости, умноженной на сумму коэф
фициента усиления 11 единицы. Напряжение на эквивалентной входной емкости
(СЕQшv)относ11тельно •земли• ограничено макс11:\1альны!\1 значением выходного
а
,",f
•••
Vcc
ltV
Рис.9.38
Умно•итель емкости
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП l427 \
напряжения ОУ А1, деленному на су,1му единицы и величины 2" / D, где n - раз
рядность ЦАП, а D - десятичный эквивалент двоичного входного сигнала. (C~t.
•National Semiconductor~, Application Note 271, р. 667.)
9.3 .31. ЦАП с увеличенными выходными напряжениями и токами
На рис. 9.39 показаны варианты включення ЦАП DAC1006, обеспечивающие вы
сокое выходное напряжение (как униполярное, так 11 биполярное). Выходной ток
рассматриваемых схем определяется предельным выходным токо~1 ОУ LM143
(как правило, около 20 мА). На рис. 9.40 приведен пример пспользованпя допол
нительною каскада усиления мощности на дискретных элементах, позволяющего
увеличить выходной ток (до 100 мА пр11 100 В). (См. ~National Semiconductor~,
Application Note 271, 1994, р. 668.)
tsv
vcc
-llV
V1111
11v
vcc
Рис. 9.39. ЦАП с увеличенным выходнь~м напряжением
9.3 .32. Токовый контроллер на основе ЦАП
-V RD
Vovт - :ю2'4 IА.в
-
RI)
оsVouтs50\/
(0 - 512)3Vq
Vovт -
512
На рис. 9.41 приведена схема включения ЦАП DAC 1230, обеспечивающая цифро
вое управление токовой нагрузкой вел11ч1111оii до 1 А. Расс~1атр11ваемая схема мо
жет найти применение в схемах управления наrревателямн. компенсации врашатель
ного момента шаговых двигателей, автомаn1ческого испытательного оборудования.
Основной источник нелинейности этой схс:\tЫ - стабильность токочувствнтель
ноrо сопротивления RsENSE (прн из~1енешш рассеивае~юй мошност11). Для l\ШН11-
мизац1ш 11елш1ейности величина сопротивления токочувствителыюго э.1е~1ента
должна быть как можно меньше. Опорное напряжение также следует сннзить (до
1428 I АНАЛОrО-ЦИФРОВЫЕ и ЦИФРО-АНАЛОrОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
"
llV
- llV
Опорное
V1111
......-.с-а.....
____ ____"
-VREF'D[
R2 R2)
v т•-- 1 •-+-
"6096
R,s RI
Рис. 9.40. ЦАП с увеnиченttьам выходным током
- 1 В) д 1я обеспечения требуемого диапазона выходного тока. Чтобы свести
к мшш.муму базовый ток, одновременно поддерживая на требуе~ю~1 уровне кол
лекторны11. протекающии в нагрузке, используется утроенная схема Дарлинпо
на. (См. · ~atюnal Semiconductor•. Application Note 271, 1994, р. 669.)
9.3.33 . Контроллер токовой петли на основе ЦАП
На рис. 9.42 приведена схема включения UАП DAC0830, обеспечивающая циф
ровое управ 11ение током З 20 мА в стандартной токовой петле, используемой
-IV
Опорное
IA0
~
Рис. 9.41 . Токовый контромер на основе ЦАП
s-sav
r;sтoo-- 1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
L ___
AsEflSE
Н1
10W
-=
"
LMJJI
Jt•
io Vcc
,,
LtfJml
1LI
DAC•J8
• "•1•
C:llD CllD
tldllD
IOOlt
111
Рис. 9.42 . Контроллер токовой петли на основе ЦАП
ОПИСАНИЕ СХЕМ АЦП И ЦАП 1429 I
11)
11
l••AS •autsM•A
lout - VAEF (.!.. + -
0
-)
[1+~1
R1 256Rl8
RЭ
в промышленности. Схема имеет только два внешних вывода, 11 все ее ко~шо
ненты, включая ЦАП, запитываются непосредственно от петли. Выхолпой тран
зистор поддерживает ток, обеспечивающий во всех условиях равенство паде
ния напряжения на резисторах RЗ и R2. Это напряжение, а следовательно 11 общий
ток петли, прямо пропорционально выходному току ЦАП. Переменное сопро
тивление Rt задает ток петли (при нулевом значснип кода) равным 4 :мА, а R2
используется для подстройки выходного тока до значения 16 .мА (пр11 макси
мальном значении кода ЦАП). Схема в целом ~плавает• относптелыю потенциала
~зе:\IЛИ• при различных сопротивлениях и токах петли. Разность напряжений меж
ду вхолным и выходным выводами должна поддерживаться в 1111тервале 16-55 В,
а цифровые входы ЦАП должны быть электрически 11зол11рованы от потс1щ11-
ала ~земли• управляющего микропроцессора. Такая 11золящ1я лучше всего дос
тигается с помощью оптронов. В систе~rах, где не используются мпкропропсссоры.
а управляющая информация поступает, например, от дискового переключате
ля (либо от аналогичного механического устройства), цифровые входные сиг
налы для ЦАП могут быть получены от КМОП логических элементов, преоб
разующих цифровую информацию из двоично-десятичной формы в двоичную.
Общий ток потребления всех использованных микросхем, естественно, нс до1-
же11 превышать 4 мА, 11 величина резистора R 1 долж11а быть установлена соот
ветствующим образо:\1. (См. •National SemiconductorS>, Application Note 271.
1994. р. 670.)
f4301 АНАЛОrо-ЦИФРОВЫЕ и ЦИФРО-АНАJ1ОrОВЫЕ ПРЕОЕiРАЗОВАТЕЛИ
9.3 .34. Цифровая компенсация веса тары
На рис. 9.43 приведена схема включения ЦАП DAC083011 АЦП ADC0801, исполь
зуе~fая для цифровой компенсации веса тары пр11 взвешивании. Это устройство
применяется в системах взвешивания, где вес измерительной площадки или кон
тейнера автоматически вычитается из полного веса объекта. Это расширяет диа
пазон взвешивания, так как предотвращает преждевременное зашкаливание при
бора и позволяет автоматически определять действительный вес.
Сначала на ЦАП подается нулевой код и устанавливается начальное значение
уровня входа системы взвешивания. Затем производится преобразование входно
го сигнала системы, после чего на ЦАП подается соответствующий код. Так11:м
образом, выходное напряжение ЦАП будет пропорц11онально весу тары 11 равно
входному напряжению, но с прот11воположны~1 знако~f. На выходе ус11Л1пеля и вхо
де АЦП устанавливается напряжение, равное нулю, то есть вес тары будет ско~шен
сирован. (В рассматриваемой схеме используется восьмиразрядный АЦП.) Напря
жение на выходе ЦАП поддерживается постоянно, поэтому любое последующее
значение выходного сигнала АЦП соответствует весовой ве:шчине относительно
начального (опорного) значения. Для тоrо чтобы вьпюдное напряжение ЦАП соот
ветствова:ю входно~1у напряжению АЦП с необходимой точностью, оба прибора
должны зап1пываться от одного 11сточн11ка опорного напряжения. Для дифферен
циальных входных сигналов может быть использован 11з:\1ерительныii усилитель
(например, LM363). Вывод опорного напряжения усилителя LM363 может управ
ляться непосредственно от ЦАП (как показано на рис. 9.43). Это позволпт задать
напряженпе смещения на входе АЦП. (C:'\t. •National Semiconductor•, Application
Note 271, 1994, р. 670.)
----- ------- ------ -----+ --<>"'•••
'"'
ean.a - -. t 81p1 ....,..._~
Рис. 9 .43. Схема дn11 цифровой компенсации веса торы
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Аналого-цифровое преобразование
абсолютных величин 400
относительных величин 398
Аналого-цифровые преобразователи
(АЦП) 393
Б
32-канальный 403
восьмиразрядный, с внутренним
16-канальным мультиплексором 397
с выборкой и хранением 409
с микропроцессорным управлением
усиления 408
дифференциальный
8-канальный 404
16-канальный 405
проверка и поиск неисправностей 393
согласование по входу 401, 406
использование источника опорного
напряжения в качестве источника
питания 400, 401
упрощенный интерфейс АЦП/МП 411
сМП 6800 418
с частичным
дешифрированием 419
сМП 8080 412
с частичным
дешифрированием 4 14
сМП NSC800 417
с частичным
дешифрированием 416
сМПZ80 415
с дешифрированием 416
Быстродействующие устройства
аналоговый перемно.житель
в диапазоне частот до 50 МГц 196
в
двухпороrовый
усилитель-компаратор 190
дифференциальный приемник
сигналов с двухпроводной линии 187
дифференциальный усилитель
компаратор с регулируемым
порогом 189
приемник для волоконно-оптической
линии связи 194
адаптивный 194
фотоинтегратор 193
Видеоусилитель 182
двухканальный 180
Выносной датчик измерителя рН
со встроенным усилителем 260
Выпрямитель/вольтметр переменного
тока с ДИОДНЫМ мостом 179
Выпрямители на ОУ
двухполупериодный
на одном ОУ 255, 259
однополупериодный 256
г
rенератор гармонических колебаний
с мостом Вина 172
высокостабильный 176
многодиапазонный 173
с автоматической подстройкой
сигнала 177
с кварцевой стабилизацией
частоты 171
с лампой накаливания 172
с подавлением синфазного
сигнала 172
с электронной стабилизацией
амплитуды сигнала 174
с подавлением синфазного сигнала
моста 177
rенератор прямоугольных импульсов 170
l432 I 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
д
Детектор с окном 271
Децибелы
измерения абсолютных величин 203
основные понятия 201
сложение децибелов 202
соотношения для удвоения
мощности 202
сравнения величин напряжений
и токов 203
Дифференциальные усилители
с однополярным питанием 268
Драйверы для МОП переключателей
3
двунаправленные 360
для напряжений 18-28 В 361, 362
для работы в схемах
напряжением 3,3 В 364
сдвоенные на повышенные
напряжения 359
снижение влияния бросков тока
при высокоемкостных нагрузках 360
Замена батареи напряжением 9 В двумя
элементами типа М 370
Зарядные устройства для аккумуляторов
для ускоренного заряда 34 7
никель-кадмиевых 345
для четырех аккумуляторов 344
с линейным стабилизатором 351
стабилизатор/зарядное устройство
схема контроля напряжения заряда 391
термочувствительное 344
переключаемое 346
с низкоомным источником
заряда 347
Защита цепи питания
интерфейса SCSI 366
и
Измерение параметров коммутаторов
и ключей 70
времени задержки переключения
каналов относительно адресных
сигналов 75
времени перекрытия переключаемых
каналов 75
емкости канала 77
задержки переключения каналов
относительно сигнала разрешения
переключения 75
заряда переключения 7 6
прямого сопротивления замкнутого
ключа 72
развязки между включенными
каналами 77
развязки разомкнутого ключа 76
тока утечки замкнутого ключа 72
тока утечки разомкнутого ключа 73
Инвертирующий усилитель 252
Инвертор с изменяемым выходным
напряжением 328
Индикатор на светодиодах 272
Интегральные микросхемы
АОСО816 397
АОСО817 397
СА3085 293
СА3094В 241
0АС0801 430
0АС0830 422, 425, 428, 430
ОАС1000 424
ОАС1006 427
ОАС1020 421
0АС1208 423
0АС1230 427
OS1231 45
OS 1232LP/LPS 45. 46
OS1236 47 48
1Cl7650 234
1Cl7805S 234
IH5040-5045/5047 84
LМ 111 245, 249
LМ139 249,250
lТ1004 295
lТ1006 346
lТ1010 178
LПО11 170,295
lТ1016 179
LТ1019 189
LТ1021 153, 164
LТ1034 158
LТ1054 159
lП 055 174, 177
lПО70 290
lТ1074 321
LТ1076 321
LТ1086 295
LТ1097 182
LП 115 178
LП 173 375
LП 173-5 370
lП 191 182
LП 220 196, 198
LТ1270 370
lTC201A 170
ПС1044 158
ПС1043 162
ПС1153 365
LТС1154 361
LТС1155 344, 359, 361, 362
LТС1156 361,362
LТС1157 364
МАХ131 260
МАХ200 100, 105
МАХ201 107
МАХ202/203 108, 115
МАХ204/205 109
МАХ206 101
МАХ207 111
МАХ208 112
МАХ209 113
МАХ211 /21 3 1О 1, 115
МАХ214 117, 119
МАХ218 117, 122
МАХ220 93, 98
МАХ222/242 95, 99, 103
МАХ225 126, 129
МАХ230 99, 124
МАХ231 124
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ f4зз 1
МАХ232/233 95, 115, 123, 125
МАХ234 125
МАХ235 99, 127
МАХ236 99, 127
МАХ237 128
МАХ238 128
МАХ239 129
МАХ240 130
МАХ241 100, 101, 115
МАХ241 /223 131
МАХ243 132
МАХ244 132
МАХ245 130, 133
МАХ246 131, 134
МАХ24 7 135, 138, 139
МАХ248 136, 138, 139
МАХ249 137, 138, 139
МАХ250/251 96, 97
МАХ252 97
МАХ253 140, 147
МАХ301 /303/305 76, 77
МАХ310 81, 258
МАХ326/327 70, 73
МАХ328/329 73, 76, 81
МАХ334 82
МАХ335 85, 89
МАХ358 77
МАХ366/367 90
МАХ368/369 78,81
МАХ402 256
МАХ403 256
МАХ406 260, 262
МАХ407 262
МАХ412 251
МАХ420 252
МАХ427 265, 266
МАХ437 266
МАХ440 254
МАХ442 254
МАХ478 268
МАХ479 268
МАХ480 255, 260
МАХ481/483/485/487 147 149
1434 I 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
МАХ488/490 149, 152
МАХ489/491 152
МАХ492 269
МАХ494 269
МАХ495 269
МАХ619 313
МАХ620 295
МАХ621 295
МАХ622 297
МАХ623 298, 299
МАХ630 336, 376
МАХ634 336, 355
МАХ639 340, 387
МАХ641 757
МАХ654 341
МАХ660 325, 388
МАХ662д 325,327
МАХ663 338
МАХ666 389
МАХ667 339, 340, 380
МАХ680 299
МАХ681 299
МАХ682 313
МАХ683 313
МАХ684 313
МАХ685 313
МАХ690 52, 54
MAX690A/802l 59
МАХ691 A/693A/800l/800M 59, 60
МАХ692А/802М 59
МАХ695 52, 54
МАХ696/697 54,58
МАХ703/704 60, 63
МАХ705/706/708 61, 62
МАХ709 65
МАХ71 3 34 7, 351
МАХ714 383, 384, 385
МАХ718 368, 373
МАХ722 374, 375
МАХ724 304
МАХ726 304
МАХ731 367
МАХ732 301
МАХ733 301
МАХ734 304, 37 4
МАХ735 313, 386
МАХ739 380, 386
МАХ741D 316
МАХ747 316
МАХ749 353
МАХ751 375
МАХ752 352, 384
МАХ753 353
МАХ755 315
МАХ756 341, 372, 380
МАХ757 342
МАХ759 354
МАХ764 327, 328
МАХ765 327
МАХ766 327
МАХ770 329, 331
МАХ771 329, 331
МАХ772 331
МАХ773 331
МАХ782 392
МАХ786 367
МАХ787 319
МАХ788 319
МАХ789 319
МАХ790/791 58, 63
МАХ872 263, 377
МАХ931 271
МАХ934 272
МАХ941 273
МАХ993 271
МАХ1044 389
МАХ1232 49, 51
МАХ1259 51
МАХ1480А/В 101, 105
МАХ1691 66
МАХ1732 307
МАХ1738 307
МАХ1743 310
МАХ1771 321,323,331
МАХ4426 301
МАХ4429 310
МАХ7501/7502/7503 83
МАХ7506/7507 84
МАХ8214 391
МАХ9687 257
MDA201 295
ОР27 259
ОРЗ? 259
ОР90 259, 260
Интерфейсы 92
гальваническая развязка линий
передач 95
длина кабеля 92
приемопередатчики 1О 1
двойные с напряжением питания
+1,8... +4,25 в 117
многоканальные с напряжением
питания 5 В 122
программируемые (DTE/DCE) 11 7
с внешними конденсаторами
и напряжением питания 5 В 105
с защитой от электростатического
разряда 115
с пониженной потребляемой
мощностью для интерфейсов
RS-485/422 147
снижение потребляемой мощности
и режим отключения 94
стандарты 92, 96
RS-232C 92, 96
EIA-2320 92, 96
МКТТV.28 92, 96
сравнение 96
Источник отрицательного опорного
напряжения -2,5 В 263
Источник питания с автоматическим
выключением через заданное время 271
Источники питания
ЖКдисплеев
для цепи регулировки
контрастности 357
комбинированный 353
микромощный 355
отрицательного напряжения 354
с перекачиванием заряда 357
с цифровой подстройкой 353
к
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ 1435 /
мощный, на 3,3 В с входным
напряжением 5 В 367
с выходными напряжениями 5 и 12 В 368
флуоресцентных ламп подсветки 352
Коммутаторы 77
16-канальная схема коммутации
дифференциальных сигналов 84
8-канальная схема коммутации
дифференциальных сигналов 83
дифференциальный 4Х2
на ИС МАХ335 88
КМОП радио- и видеосигналов 81
8Xl на ИСМАХ335 88
повышенной надежности 81
Компараторы 245
быстродействие 250
определение неисправностей 248
проверка 247
с эсл выходом 258
сверхбыстродействующий
с управляемым режимом выборки
хранения 257
самовозбуждение 246
Компенсация фазовых искажений на
выходе коммутаторов и ключей 83
Контроллер токового режима на базе
импульсного источника питания 315
Контроль микропроцессоров 31
л
запрет записи в память при
пониженном напряжении питания 32
переключение на резервную
батарею 33
предупреждение об отключении
питания 33
сброс при включении питания 32
сброс при понижении напряжения
питания 32
сторожевой таймер 34
Линейные стабилизаторы
двухкаскадный на 5 В с питанием
от четырех элементов 380
1436 j 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
импульсный инвертирующий 336
импульсный с питанием от щелочной
батареи 370
микромощный 338
на +5 В с малым падением
напряжения 339
на 3/3,3 В с питанием от трех
элементов 377
на 5 В с питанием от четырех
элементов 380
повышающий импульсный 336
повышающий/понижающий на 5 В
от четырех элементов 382
регулируемый с малым падением
напряжения 339
с малым падением напряжения 389
с тремя выходами и питанием от пяти
элементов 383
эффективный понижающий на +5 В 340
м
Малошумящие усилители
быстродействующий
измерительный 251, 259
микрофонный предусилитель 259
прецизионный дифференциальный
с высоким коэффициентом
усиления 265
Методы проверки источников питания
и стабилизаторов 275
влияние источника питания 283
влияние нагрузки 284
детальная проверка 281
дрейф 284
температурный коэффициент 285
шумы и пульсации 284
Методы проверки коммутаторов
и ключей 69
времени переключения 71
основных функций 70, 73
тока утечки выключенного
канала 70
Микромощные схемы с батарейным
питанием 336
Модуль, преобразующий напряжение +5 В
в±12или±15в 309
Монолитный КМОП преобразователь
напряжения 325
Мостовая схема управления двигателем
постоянного тока 295
Мостовой измерительный усилитель 153
малошумящий с подавлением
синфазных сигналов 154
с высокой разрешающей
способностью и одним источником
питания 159
с одним источником питания
и подавлением синфазных сигналов J58
со стабилизацией прерыванием 155
Мостовые датчики
высокой разрешающей способности
с УВХ 168
давления с цепью автоматического
регулирования 154
с импульсной режимом работы 164
с переключаемым конденсатором 162
с периодическим включением 164
с терморезистором и линейным
выходом 163
с устройством выборки-хранения 164
температуры 161
Мостовые схемы
работающая в заданном временном
интервале 170
с «плавающим» входом 16 1
с малой потребляемой мощностью 164
Мультиплексор видеосигналов для
работы на кабель
2-канальный 254
В-канальный 254
н
Неисправности
в импульсных источниках питания 285
измерения токов и напряжений на
элементах схемы 286
компенсация измерительного кабеля
осциллографа 286
наводки в заземляющем проводе
с зажимом 286
паразитная связь с «землей» 285
советы и предостережения 289
электромагнитные помехи 287
в линейных источниках питания 293, 294
о
Описание схем АЦП и ЦАП 397
Ослабление влияния емкостной нагрузки
коммутаторов и ключей 82
Основные схемы применения
операционных усилителей 230
ОУ со стабилизацией
прерыванием 234
п
Параметры ОУ и их измерение
амплитудно-частотная
характеристика 204
анализ искажений с использованием
прямоугольных сигналов 214
синусоидальных сигналов 213
влияние нагрузки 211
влияние нестабильности напряжения
питания 230
влияние утечки на работу схем
с дискретными элементами 239
входная чувствительность 211
входное сопротивление 21 3
входной ток 227
входной ток сдвига и напряжение
смещения нуля 228
выходная мощность и усиление
мощности 21 о
выходное сопротивление 212
гармонические искажения 217
измерения
переходных характеристик 223
усиления отдельных каскадов 237
в цепях обратной связи 226
интермодуляционные искажения 219
ослабление синфазного сигнала 229
отношение сигнал/шум 221
полоса пропускания 211
скорость нарастания и переходные
характеристики 222
ПРЕдМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ f437 I
ток потребления, выходная мощность.
КПД и чувствительность 213
ток утечки коллектор-база 240
усиление по напряжению 21 О
фазовый сдвиг 225
фоновый шум 220
Передача данных по стандарту RS-485/
4 22 с гальванической развязкой 1О1
импульсный генератор для источника
питания 140
организация типовой сети обмена 104
Переключатели и ключи 77
8-канальный переключатель
с управлением по последовательному
интерфейсу 85
однополюсные на два направления
на ИС МАХ335 89
схема выборки-хранения
с одноканальным ключом 84
схема защиты линий передачи
сигналов с ключами повышенной
надежности 90
усилитель с переключаемым
коэффициентом усиления 82
Переключатель с открытым выходом 299
Повторители напряжения
для емкостной нагрузки до 100 пФ 264
для емкостной нагрузки
свыше 100 пФ 264
повышенной точности 265
Поиск неисправностей интерфейсных
ис 97
Понижающий Р-канальный
контроллер 316
Пороговый детектор с цифровым
управлением 273
Преобразователи напряжения 299
маломощный
на9В 331
3,3Вв5В367
на 12 В без обратной связи 321
на 12 В с функцией контроля
напряжения 331
на15В332
на16В 333
1438 I 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ис
на24В332
низковольтный повышающий 341
отрицательного в +5 В 384
повышающий на 3,3/5 В 341
повышающий отрицательного
напряжения 306
повышающий/понижающий
с выходным напряжением 5 или 3,3 В 323
повышающий реrулируемый 342
повышенной эффективности
на5В329
на9В323
на 12 В без обратной связи 329
на 12 В с обратной связью 321, 329
положительного и отрицательного
напряжений 299
положительного напряжения
в отрицательное 304
понижающий 307
с перекачиванием заряда 313
Проверка интерфейсных ИС 98
в режиме замкнутой петли 100
в режимах разрешения/запрета
и отключения 99
скорости нарастания выходного
напряжения при переключении 100
тока потребления в режиме
отключения 99
Проверка усилителей 199
искажения в каскадах усилителя на
дискретных элементах 239
оборудование для проверки 199
пониженное усиление 238
пример поиска неисправностей
в усилителе 24 1
проверка токов утечки транзисторов
всхеме 240
прохождение сигнала 236
Программирование микросхем флэш
памяти 304, 307, 325
Простой линейный
приемопередатчик 273
с
Синхронный мостовой демодулятор
с питанием переменным током 169
Система сбора данных с защищенным
дифференциальным входом 78
входные каскады 77
Снижение минимального тока покоя 340
Согласующее устройство для
низковольтного АЦП 269
Схема выборки-хранения
4-канальная 262
Схема для точного измерения веса 159
Схема управления шаговым
двигателем 297
Схемы источников напряжения
- 24 В от двух или трех элементов 375
3,3 В от четырех - шести элементов 378
3,3или5Вотдвухилитрех
элементов 372
3,3, 5 и 12 В от 6-12 элементов 392
3,3/5 В и 5/12 В от двух или трех
элементов 373
3,3/5 В от 9-вольтовой батареи 384
3,3/5В,+12 и -18 В от двух или трех
элементов 374
5 В (малошумящего) от двух или трех
элементов 375
-5 В из напряжения +5 В
(маломощная) 387
-5 В с перекачиванием заряда 388, 389
-5 В из напряжения +5 В или от пяти -
восьми элементов 386
-5Визнапряжения+5Вилиот
четырех - восьми элементов 385
5 В от двух или трех элементов 376
5 В от пяти элементов 384
-5 В с малыми шумами от источника
+5в386
инвертирующая, на 5 В от четырех
элементов 380
Схемы источников питания 275, 295
бестрансформаторный с входным -48 В
и выходным 5 В напряжением 324
двухполярный с предварительной
стабилизацией 294
инвертирующий 327
компенсированный, с выходным 12 В
ивходнымот4,5до 15в
напряжением 323
на два выхода с напряжениями + 12
и+20 В 327
на напряжение 100 В 333
повышающий напряжение 297
Схемы контроля микропроцессоров 4 9
для напряжения питания +3 В 62
с батарейным резервированием 60
с батарейным резервированием для
напряжения питания 3,0/3,3 В 63
с внутренней резервной батареей 66
с дополнительными возможностями 54
с повышенной надежностью 59
с повышенной надежностью и ручным
сбросом 61
с резервированием питания МП 51, 52
с улучшенными характеристиками 58
с формированием сигнала
разрешения записи в ОЗУ 63
с формированием сигнала сброса 64
тестирование 42
Схемы управления МДП
транзисторами 295
т
быстродействующие
натокидо1,5А 301
натокидо6А 31О
Тестирование и устранение
неисправностей цифровых
и микропроцессорных схем 34
логический импульсный
генератор 35, 34
логический пробник 34, 35
общие принципы 36
сигналы входные и выходные 41
выборИС 36
запись 36
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ t4З9 I
начало работы 36
сброс 36
синхронизации 41
считывание 36
цепи питания и заземления 36
Токочувствительный усилитель
с повышенным напряжением 390
у
Уменьшение тока покоя 340
Управление питанием портативного
компьютера 362
Усилители
выносного датчика напряжение-ток
с дистанционным питанием 262
для работы на кабель с минимальными
фазовыми искажениями 254
операционный 233
для приема сигнала с кабеля 182
для ЦАП 180
мощности 196
с большим выходным током 198
с трансформаторной связью 189
с фотодиодом 192
стабилизированные
с высоким входным
сопротивлением 183
с коэффициентом усиления 1О 183
с коэффициентом усиления 1ООО 185
со стабилизацией по постоянному
току 182, 183
со стабилизацией по постоянному
току и дифференциальным съемом
напряжения смещения нуля 183
Устройства с ЦАП
генератор синусоидальных сигналов
с цифровым управлением 421
контроллер токовой петли 428
перемножающие 421
токовый контроллер 427
умножитель емкости 426
усилитель 425
цифровая компенсация веса тары 430
J4401 500 ПРАКТИЧЕСКИХ СХЕМ НА ПОПУЛЯРНЫХ ИС
цифровой потенциометр
с комбинировС1нным усилителем 423
ц
Цифро-аналоговые преобразователи
(ЦАП)
использование одного источника
питания 424
проверка и поиск неисправностей 394
с биполярным выходным сигналом 425
с увеличенными выходными
напряжениями и токами 427
со смещенным уровнем выходного
сигнала 423
ш
ШИМ стабилизаторы
перестраиваемый инвертирующий
на-5В 313
повышающие 301
наток2или5А321
наток5А319
понижающий 304
Широкополосный быстродействующий
ОУ с мультиплексным входом 258
э
Электронный прерыватель 365