Схемотехника
№ 6 (8) июнь 2001
И. О. главного редактора:
Дмитрий Хрусталев
Зам. главного редактора:
Алексей Сигаев
Редакционная коллегия:
Павел Асташкевич
Александр Фрунзе
Виктор Йовчик
Литературный редактор:
Ольга Кузовчикова
Корректор:
Юлия Асташкевич
Дизайн и верстка:
Виктория Сычева (обложка)
Ирина Чикина
Отдел распространения:
Марина Трофимова
Юрий Рубичев
тел.: (902) 112-9838
e-mail: compitech@mtu-net.ru
Отдел рекламы:
Светлана Хабарова
Адрес редакции:
121351 Москва, ул. Ивана Франко,
д. 40, к 1, стр. 2
тел./факс: (095) 737-9279,
768-9456
e-mail: shemotech@mtu-net.ru
www.compitech.ru
Издатель и учредитель
ООО “ИД Скимен”
Отпечатано в ЗАО “Красногорская
типография”
143400 МО, г. Красногорск,
Коммунальный квартал, 2
тел: (095) 562-0433
Тираж 5000 экз.
Заказ № 1594
Журнал зарегистрирован в
Министерстве РФ по делам печати,
телерадиовещания и средств
массовых коммуникаций.
Per. № ПИ77-5262
Редакция не несет ответственности за
информацию, приведенную в
рекламных материалах
Полное или частичное
воспроизведение материалов
допускается только с разрешения
ООО “ИД Скимен"
Подписной индекс издания по синему
каталогу "Роспечать’’ - 66750
(со второго полугодия 2001 г.) — см.
стр. 33
Цена свободная
Содержание
Аудиотехника
Микшерные и разветвляющие каскады	2
Измерительная техника
Измеритель емкости с расширенным диапазоном измерения	4
Входной усилитель - формирователь частотомера	5
Цифровой измеритель процентных отклонений	7
Источники питания
Анализ силовых ключей импульсных источников питания	8
Новости науки и техники
Наливные трансформаторы - сказка становится былью	12
Основы схемотехники
Раз шажок, два шажок...	13
Аналоговые коммутаторы	16
Микроконтроллеры? Это же просто!	19
Основы схемотехники жидкокристаллических дисплеев	23
Сетевые технологии
Командно-информационные сети - что это такое?	26
Конструктор для построения 8-разрядных Ethernet приложений	31
Системы безопасности
Охранное устройство для квартиры, дома и отдельных строений 32
Софт
Создание аналоговых PSPICE-моделей радиоэлементов	35
Технологии
Пластификаторы и другие дополнительные исходные материалы 40
“Пломбы” для шестеренок	43
Цифровая техника
Особенности перехода от микроконтроллера АТ89С55
к микроконтроллеру AT89C55WD фирмы Atmel	44
Микроконтроллерная система управления усилителем мощности
с минимальным набором функций	45
Счетчик витков для намотки катушек	48
Контроллер 128-канального аналогового коммутатора	49
Электроника в быту
Терморегулятор для инкубатора	51
Универсальный регулятор уровня воды	53
Контроллер для управления стиральной машиной	54
аудиотехника
Микшерные и разветвляющие
каскады
Микшерными принято называть каскады, предназначенные для све-
дения двух или нескольких электрических сигналов в один общий сиг-
нал. Иногда такие каскады назначения называются суммирующими,
так как в них, по существу, происходит независимое сложение напря-
жений нескольких сигналов. Разветвляющими называются каскады,
предназначенные для повторения на нескольких независимых друг от
друга выходах напряжений одного и того же сигнала. В радиолюби-
тельской практике такие каскады называются также размножите-
лями сигнала. Названные выше каскады находят широкое примене-
ние при записи и воспроизведении звука.
примерно одинаково (в 10...15 раз).
Входное сопротивление каждого каска-
да около 40 кОм, выходное - около
4 кОм. Напряжение питания 9 В, потреб-
ляемый ток - до 2 мА.
При повторении конструкции можно
использовать транзисторы типа
КТ315В, КТ315Г. Регулировка сводится
к подбору сопротивлений резисторов
R2 и R8, при которых коллекторные
токи транзисторов Т1 и Т2 будут равны
примерно 1 мА. Особенностью данно-
го каскада является его чувствитель-
ность к перегрузкам во входных цепях
при полностью введенных движках пе-
ременных резисторов R1 и R9. В этом
На рис. 1 приведена принципиаль-
ная схема простого нерегулиру-
емого суммирующего микшерно-
го каскада на два входа, собранного на
двух биполярных транзисторах с общей
коллекторной нагрузкой. Входные сиг-
налы подаются на гнезда Гн1 и Гн2,
далее на базы транзисторов Т1 и Т2.
Суммирование сигналов происходит в
их общей коллекторной нагрузке на
резисторе R5. Коэффициент передачи
каждого каскада по напряжению со-
ставляет около 0,7. Для устранения
влияния входного сопротивления пос-
ледующего УНЧ, с которым будет ра-
ботать данный каскад, введен допол-
нительный эмиттерный повторитель на
транзисторе ТЗ. Выходной суммарный
сигнал снимается с эмиттера транзис-
тора ТЗ и через конденсатор С5 пода-
ется на выходное гнездо ГнЗ. Питание
осуществляется от отдельной батареи,
но можно использовать стабилизиро-
ванный источник питания УНЧ, с кото-
рым каскад будет работать.
При повторении конструкции можно
использовать транзисторы типа КТ315Г.
Налаживание сводится к подбору со-
противлений резисторов R1 и R9 в ба-
зовых цепях транзисторов Т1 и Т2 для
установки коллекторного тока каждого
из них равным 0,25 мА.
Как показала практика, входное со-
противление каждого входа составля-
Схемотехника №6 июнь 2001
ет порядка
1...2 МОм,
выход-
ное - око-
ло 100 Ом.
Коэффи-
циент не-
линейных
искажений
равен
0,1% при
входном
напряже-
нии 1 В и
0,5% при
входном
напряже-
нии 2 В.
На рис. 2 при-
ведена принци-
пиальная схема
простого сумми-
рующего мик-
шерного каскада
с двумя регулиру-
ющими входами
и выходами. На-
личие перемен-
ных резисторов
R1 и R9 позволя-
ет регулировать
напряжения ис- ----------------
ходных сигналов на входах каскада для
создания определенных эффектов и
предотвращения
перегрузки на вхо-
дах. Переменный
резистор R5, вклю-
ченный между кол-
лекторами транзи-
сторов Т1 и Т2,
дает возможность
суммировать сиг-
налы в самых раз-
личных соотноше-
ниях. Например, в
крайнем правом
положении его
движка сигнал пра-
вого по схеме вхо-
да усиливается
больше, чем лево-
го, и наоборот. В
среднем положе-
нии движка оба сиг-
нала усиливаются
случае коэффициент нелинейных иска-
жений на выходе каскада достигает
0,5% при входном напряжении 100 мВ.
Поэтому рекомендуется использовать
каскад с неполностью введенными
движками переменных резисторов R1
и R9.
На рис. 3 приведена принципиальная
схема микшерного каскада на полевых
транзисторах, предназначенного для
использования в высококачественных
УНЧ. Его основные достоинства - боль-
шое входное сопротивление обоих вхо-
дов (по 1 МОм) и высокая линейность
амплитудной характеристики. Эти пре-
имущества обусловлены использова-
нием в каскаде полевых транзисторов
Т1 и Т2. Входы и выход каскада не ре-
гулируются. Коэффициент передачи
каждого канала примерно равен 3. Мак-
симальное входное напряжение сигна-
ла на каждом входе - 0,5 В.
При повторении конструкции можно
использовать полевые транзисторы типа
2
аудиотехника
+18В
Рис. 4
05 5,0мкФ
КПЗОЗЕ или КПЗОЗВ. Для дальнейшего
улучшения качества работы каскада ре-
комендуется увеличить напряжение пи-
тания до 15...20 В. В случае необходи-
мости коэффициент усиления по одно-
му из входов может быть увеличен до 10
за счет уменьшения сопротивления в
цепи истока транзистора соответствую-
щего каскада (R2 и R4) до 100.. .300 Ом.
Все описанные выше каскады пред-
назначены для получения общего сиг-
нала из двух напряжений, поступающих
от разных источников, например, одно-
временно с выхода электрофона и мик-
рофона или двух микрофонов, магни-
тофона и телефона и т. д. Далее сум-
марный сигнал может быть усилен и
воспроизведен любым монофоничес-
ким УНЧ с громкоговорителем.
Иногда такой каскад необходим для
сведения двух стереофонических сигна-
лов в один монофонический. В статье
рассматривается специальный каскад,
объединяющий оба канала. Чаще всего
это необходимо для воспроизведения
стереофонической программы через
монофоническую электроакустическую
установку, когда имеется стереофоничес-
кий проигрыватель, а усилитель и гром-
коговоритель - монофонические. И если
вход УНЧ монофонической установки
подключить к выходу только одного из
двух каналов проигрывателя, то звук бу-
дет неполноценным. Для высококаче-
ственного воспроизведения стереофони-
ческих программ через монофонические
установки необходимо объединить сиг-
налы обоих каналов на входе УНЧ.
Эту задачу может решить любой из
описанных выше каскадов, но все же
лучше это сделать с помощью специаль-
ного каскада, имеющего очень малые не-
линейные искажения и работающего при
повышенном напряжении питания. На
рис. 4 приведена принципиальная схема
каскада для сведения двух стереофони-
ческих каналов в один монофонический.
Как видно из рисунка, каскад имеет мно-
го общего с каскадом на рис. 1. Отличие
С1, С2-0,15мкФ
СЗ, С4 - 4,7мкФ
Т1-ТЗ - ВС1080
состоит во вход-
ных цепях тран-
зисторов Т1 и
Т2, а также в на-
личии стабилит-
рона Д1 на 18 В. Эти изменения способ-
ствуют уменьшению влияния помех за
счет пульсации напряжения питания и
уменьшают возможность перегрузки на
входах. Стабилитрон Д1 заменяется дву-
мя последовательно соединенными ста-
билитронами типа Д814Б.
На рис. 5 приведена принципиальная
схема разветвляющего каскада на три
выхода, предназначенного для независи-
мого подключения до трех потребителей
к одному источнику сигнала. В этом слу-
чае выход источника
сигнала подключает-
ся к гнезду Гн 1, а вхо-
ды потребителей - к
гнездам Гн2...Гн4.
На практике радио-
любители подключа-
ют к выходу источни-
ка сигнала сразу не-
сколько потребите-
лей, например, при
записи с одного элек-
тропроигрывателя
на входы трех магни-
тофонов одновре-
менно. В этом слу-
чае низкое входное
сопротивление на-
грузки ухудшает ра-
боту предусилителя
электропроигрыва-
теля, а кроме того,
магнитофоны влия-
ют друг на друга. При
использовании кас-
када по схеме рис. 5
такого взаимного
влияния не наблюда-
ется. Он выполнен
на четырех полевых
транзисторах. Кас-
кад на транзисторе
Т1 включен по схеме
усилителя с общим
истоком. Транзисто-
ры Т2.. .Т4 использу-
ются в развязываю-
'	www.platan.ru
QE ПЛАТАН
щих истоковых повторителях. Коэффи-
циент усиления, обеспечиваемый каска-
дом по каждому каналу, равен 10... 15.
При реализации конструкции можно
использовать транзисторы типа
КП102Е-КП102Л или КП103Е-КП103К.
В случае необходимости, отключив кон-
денсатор С2, коэффициент усиления
можно уменьшить в несколько раз. Пи-
тание схемы может осуществляться от
батареи или стабилизированного источ-
ника напряжением 10...20 В. Потребля-
емый ток составляет порядка 10...12 мА.
Роман Паршин,
pool@rt.mipt.ru
ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ
ВАШЕГО УСПЕХА
www.platan.ru
• ВИРТУАЛЬНЫЙ МАГАЗИН
РЕАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ
Наш сайт предоставляет широкие возможности
оформления заявок на поставку электронных ком-
понентов:
Вы можете разместить заявку на требуемые
7 компоненты и отслеживать ее прохождение
на всех этапах. Очень удобный интерфейс и
абсолютная безопасность!
Воспользуйтесь нашей удобной системой
s' приеме заявок на компоненты, которые нахо-
дятся не складе или не которые можно разме-
стить заказ.
С нашего сайта Вы можете скачать нашу базу
в формате EXCEL, проставить нужное Вам
количество компонентов и отправить этот
файл по нашему адресу.
ВСЕ ЗАЯВКИ, ПОЛУЧЕННЫЕ В ЭЛЕКТРОННОМ ВИДЕ,
ОБРАБАТЫВАЮТСЯ В ПЕРВУЮ ОЧЕРЕДЬ.
• НОВОСТИ, ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ,
СТАТЬИ, ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Новые поступления на склад ПЛАТАН, новости от
мировых производителей. Подробная техническая
документация на поставляемые компоненты, ста-
тьи и книги по электронной тематике. Бесплетное
программное обеспечение.
MTSUBSH
ELECTRIC
Honeywell
Ml MOTOHOLA
jntersil
CAYDDM
Kingbright
ипппсоп
121351, Москва, ул. Ивана Франко, д. 40, к. 1, стр.2 Почта: 121351, Москва, а/я 100
тел./факс: (095) 73-75-999	E-mail: ir@>platan.ru

3
измерительная техника
Измеритель емкости
с расширенным
диапазоном измерения
В радиолюбительской практике довольно часто возникает необхо-
димость точного измерения малых емкостей, будь то емкости р-п
переходов транзисторов или диодов, варикапов, емкость печатных
и подстроечных конденсаторов. При выборе или изготовлении меж-
блочных соединительных кабелей также нужно иметь достоверную
информацию о емкости. Особенно полезен данный измеритель емко-
сти может быть радиолюбителям при настройке входных, проме-
жуточных и выходных каскадов. А при самостоятельном изготовле-
нии высоковольтных и других конденсаторов небольшой емкости он
вообще может оказаться незаменимым помощником.
К сожалению, среди доступных
мультиметров нет таких, которые
могли бы измерить емкость с точ-
ностью 0,1 пФ. А профессиональные
измерительные приборы далеко не
всем по карману. Чтобы восполнить
этот пробел в сфере измерений, авто-
ром был разработан простой и надеж-
ный прибор, позволяющий измерять
емкость от 0,1 до 5000 пФ с точностью
1% без переключения поддиапазонов.
Предлагаемый измеритель емкости
является, по сути, преобразователем
емкость/напряжение с высокой линей-
ностью. Его можно использовать не
только по прямому назначению, но так-
же для измерения других величин, на-
пример, диэлектрической проницаемо-
сти различных изоляционных материа-
лов или оценки ТКЕ конденсаторов.
Схема прибора собрана на КМОП
таймерах 7555, обладающих высокой
стабильностью и низким энергопотреб-
лением. Это позволило создать прибор
стоком потребления, не превышающим
4 мА в диапазоне питающих напряже-
ний 6. ..9 В. Этот диапазон был выбран
для возможности использовать в каче-
стве источника питания широко распро-
страненные батареи типа 6F22 (“Кро-
на”). При желании можно использовать
любой источник питания с напряжени-
ем до 18 В. Следует только помнить,
что нижний предел стабилизации
встроенного стабилизатора составляет
6 В. Рассмотрим его работу более под-
робно.
Сам стабилизатор компенсационного
типа выполнен на транзисторах VT2-
VT4. Его достоинством является малое
собственное потребление тока (всего
около 100 мкА) и низкое падение напря-
жения (порядка 0,6 В). Если транзистор
VT4 заменить на германиевый мало-
мощный, то это значение можно еще
больше снизить - вплоть до 0,3 В. Опор-
ное напряжение задается резисторами
R11 и R12. Величина их не критична,
важно только соотношение, от которого
и будет зависеть выходное напряжение.
В данном случае оно установлено на
уровне 6 В. При увеличении входного
напряжения, увеличится и смещение на
базе транзистора VT2, что приведет к
уменьшению сопротивления перехода
коллектор-эмиттер. В свою очередь,
начнет закрываться транзистор VT3, и,
следовательно, уменьшится ток его кол-
лектора, включенного в базу управляю-
щего транзистора VT4. Это приведет к
уменьшению опорного напряжения на
базе транзистора VT2. Возникает эф-
фект стабилизации с довольно высоким
коэффициентом. Для устранения воз-
можных паразитных возбуждений и ав-
токолебательного режима при отслежи-
вании напряжения, включены конденса-
торы С4 и С5. Подобная схема стаби-
лизатора незаменима и для питания раз-
личных приборов от автономных источ-
ников.
Хотя существует большое число ин-
тегральных стабилизаторов напряже-
ния, это не является препятствием для
применения данной схемы в качестве
стабилизатора с выходным током в де-
сятки миллиампер. Тем более, что мож-
но использовать транзисторы с коэф-
фициентом усиления 100 ... 600.
Схема прибора состоит из генерато-
ра коротких импульсов, выполненного
на DA1 и ждущего мультивибратора на
DA2, во времязадающей цепи которо-
го, для улучшения линейности, резис-
тор заменен на генератор микротока.
Он выполнен на элементах VT1, R5, R6.
Такая мера позволила значительно
расширить диапазон измерений. Вся
схема питается от стабилизатора на
VT2-VT4.
Генератор вырабатывает импульсы
частотой порядка 250 Гц, точнее зна-
чение уточняется при настройке. Пара-
метры самого импульса можно рассчи-
тать по формулам:
Т =0,76-Rt-C1,
"I"nav3 = 0,76-R2’C1, ^скважн =
I lay о	СкВаЖН
= Rt/(R2 + Rt),
где Rt = R1 + R3.
Прямоугольные импульсы с выхода
таймера DA1 (выв. 3) поступают на вход
ждущего мультивибратора DA2 (выв. 2),
который формирует импульсы с ампли-
тудой, равной напряжению питания. На
самом деле амплитуда выходного сиг-
нала будет чуть меньше 6 В за счет па-
дения напряжения на внутренних клю-
чах микросхемы. Этим напряжением и
определяется верхний предел измеря-
емых емкостей (5000 пФ).
Длительность генерируемых им-
пульсов будет равна 1,1  Rt  Сх, где
в качестве Rt служит генератор тока
силой 5 мкА, а в качестве Сх высту-
пает измеряемый конденсатор. Не-
трудно заметить, что чем меньше из-
меряемая емкость, тем короче будет
выходной импульс, снимаемый с вы-
хода DA2 (выв. 3). Таким образом, на
выходе устройства будут присутство-
вать импульсы с частотой следования
250 Гц, длительность которых напря-
мую будет зависеть от измеряемой
емкости.
Если подключить к выходу микросхе-
мы DA2 цифровой вольтметр, то напря-
жение на нем в милливольтах будет
равно емкости в пикофарадах. Точ-
ность измерений будет зависеть, в ос-
новном, от погрешности самого вольт-
метра. При использовании недорогих
трехразрядных вольтметров, шкала для
измерения будет выглядеть следую-
щим образом:
Схемотехника №6 июнь 2001
С4
VT4
VD1, VD2 4148
U1 U2
Рис. 1
4
измерительная техника
•	предел измерений напряжения
200 мВ - предел измерения емкос-
ти 0,1-200 пФ;
•	предел измерений напряжения 2 В -
предел измерения емкости 1-
2000 пФ;
•	предел измерений напряжения 20
В - предел измерения емкости ID-
5000 пФ.
Для того чтобы можно было скомпен-
сировать входную емкость прибора, и
тем самым увеличить точность измере-
ний на нижних пределах, отрицатель-
ный вывод вольтметра включен не на-
прямую к общему проводу, а к цепочке
R9R10. Через резистор R9 на подстро-
ечный резистор R10 подается неболь-
шой положительный потенциал, кото-
рый и служит для точной установки
уровня лог. 0.
В качестве вольтметра также можно
использовать любой стрелочный при-
бор, однако точность при этом будет
значительно ниже.
Назначение деталей и настройка
Самым важным звеном, отвечающим
за временную и температурную ста-
бильность, является генератор. Так как
распространенные резисторы, напри-
мер МЛТ 0,25, имеют вполне приемле-
мые температурные и временные па-
раметры с точки зрения стабильности,
то следует обратить внимание на час-
тотозадающий конденсатор С1. Он обя-
зательно должен быть пленочным и ни
в коем случае не керамическим. К сча-
стью, в продаже имеется сейчас до-
вольно много импортных конденсато-
ров подобного типа. Если возникнут
сомнения в выбранном типе, то доста-
точно разломить конденсатор, чтобы
его выяснить. Конденсаторы С2, СЗ -
блокировочные. Для них подойдут лю-
бые конденсаторы в широком диапазо-
не емкостей (0,01-0,1 мкФ). Это отно-
сится и к С5. Конденсатор С4 желатель-
но поставить безиндукционный танта-
ловый или ниобиевый типа К51-К53.
Чаще всего они имеют вид стальных
цилиндров или капель из компаунда
различных цветов. В схеме можно ис-
пользовать транзисторы серий
КТ3102 и КТ3107. Коэффициент усиле-
ния лучше всего заранее подобрать в
пределах 200...400, тогда будет мень-
ше проблем с настройкой. В качестве
клемм для подключения емкости мож-
но использовать контактную группу от
панельки для микросхем. Если не нуж-
но измерять малые величины емкос-
тей, то вполне подойдут и обычные
щупы от мультиметра. В этом случае
появляется возможность встроить из-
меритель емкости в мультиметр, так как
точная балансировка нуля уже не по-
требуется, и R9, R10 исключаются из
схемы. Минусовый провод вольтметра
подключается непосредственно к обще-
му проводу питания измерителя.
Для настройки прибора понадобятся
два калибровочных конденсатора с из-
вестным точным значением емкости.
Желательно, чтобы допуск был не хуже
0,5%. Емкость одного из них должна
быть в районе 20...50 пФ, другого -
2...5 нФ. После подключения питания
необходимой измерить потребляемый
ток. Он должен находиться в пределах
3 .4 мА. Затем измеряют напряжение
на конденсаторе С4, и если оно будет
значительно отличаться от 6 В, то сле-
дует немного изменить номинал резис-
тора R11 или R12.
Далее проверяют работу генератора
тока. Для этого вместо измеряемой ем-
кости к клеммам Сх подключают микро-
амперметр или мультиметр в режиме
измерения тока. Показания в этом слу-
чае должны быть около 5 мкА. Работу
генератора можно проверить при помо-
щи наушников, подключенных через кон-
денсатор емкостью 0,01-0,1 мкФ или
через резистор сопротивлением 1 кОм
к точке соединения микросхем DA1 и
DA2 (выводы 3 и 2 соответственно).
Если все указанные выше этапы
пройдены успешно, то можно присту-
пать к калибровке измерителя. Для это-
го к выходам устройства подключают
мультиметр, установленный на предел
измерения 0,2 В, и вращением движка
резистора R10 добиваются нулевых
показаний. Для ускорения настройки
можно вначале проделать эту процеду-
ру на пределе измерения 2 В или даже
20 В. Далее к клеммам Сх подключают
образцовый конденсатор с большей ве-
личиной и вращением R3 добиваются
нужного показания вольтметра. Чере-
дуя эти операции, необходимо добить-
ся устойчивых показаний. Затем нужно
установить емкость с меньшим номи-
налом и осуществить аналогичным об-
разом точную подстройку. После на-
стройки прибор готов к работе.
В заключение хотелось бы сказать,
что автором и его товарищами было
собрано несколько подобных приборов.
За много лет работы с ними калибров-
ка практически не сбивалась и не было
ни одного случая выхода прибора из
строя.
Александр Воробьев,
alex@hit.mldnet.com
Входной усилитель-
формирователь частотомера
Широкое распространение микроконтроллеров позволяет создавать
на их основе измерители частоты. Однако, как правило, такие кон-
струкции имеют существенный недостаток, так как они рассчита-
ны на обработку сигналов с логическими уровнями. Их возможности
расширяет описываемое устройство.
Удобство работы с универсальным
частотомером, способным изме-
рять частоту и длительность вре-
менных интервалов, во многом зависит
от наличия в его составе входного уси-
лителя-формирователя, а также от ка-
чества и возможностей этого усилите-
ля. Требования к этому узлу, использу-
емому в частотомере и измерителе
временных интервалов, различны, а по
отдельным параметрам и вовсе совер-
шенно противоречивы.
Наиболее удобные для обработки
частотомером прямоугольные импуль-
сы имеют конечное значение длитель-
ности фронта и спада. Для измерите-
ля временных интервалов внесение
входным усилителем дополнительной
временной задержки недопустимо. На-
оборот, он должен формировать как
можно более крутой фронт и спад им-
пульсов на заданном уровне порога
компарации. Это требование особенно
важно для сигналов с формой, отлич-
ной от прямоугольной. Для частотоме-
ра более пригоден усилитель-форми-
рователь с гистерезисом.
Реальные сигналы имеют выбросы,
и не исключены помехи. Применение
обычных фильтров целесообразно для
низкочастотных частотомеров. Для вы-
сокочастотных частотомеров и измери-
телей временных интервалов предла-
гается простая и практически
воспроизводимая схема усилителя-
формирователя, способного выполнять
следующие операции:
•	обрабатывать входные сигналы по-
ложительной и отрицательной по-
лярности напряжением от 0,3 до
20 В;
•	плавно регулировать уровень поро-
га компарации входного сигнала в
пределах 0,3...7,5 В;
•	надежно работать при частоте вход-
ных импульсов от 0 до 2,5 МГц, со-
5
измерительная техника
Схемотехника №6 июнь 2001
храняя работоспособность практи-
чески до значений частоты в 5 МГц;
• измерять длительность импульсов
более 0,3 мкс (при подборе порога
компарации перед сменой предела
измерения этот порог может быть
снижен до 0,1 мкс).
Принципиальная схема входного уси-
лителя представлена на рис. 1. Усили-
тель состоит из электронного переклю-
чателя-формирователя, собранного на
логических элементах микросхемы D1,
и двух параллельно включенных и
идентичных по построению каналов,
каждый из которых представляет собой
компаратор напряжения на двухканаль-
ном быстродействующем операцион-
ном усилителе А1, А2. Верхний по схе-
ме канал предназначен для обработки
входных сигналов положительной по-
лярности, нижний - отрицательной по-
лярности.
Входной сигнал через ограничитель-
ный резистор R1 и конденсатор С1 по-
ступает на вход 3 операционного уси-
лителя А1. В момент превышения вход-
ным напряжением порога компарации,
определяемого напряжением на вхо-
де 2 ОУ А1, напряжение на выходе 6
ОУ скачкообразно увеличивается, а при
уменьшении ниже порога компарации
скачкообразно уменьшается.
Порог компарации устанавливается
переменным резистором R10. Нижний
предел порога компарации определя-
ется падением напряжения на диоде
D3 и составляет примерно 0,3 В, а
верхний - параметрами элементов
делителя напряжения R9R10D3 и ра-
вен, соответственно, 7,5 В. Напряже-
ние на выходе делителя R3R4 опре-
деляет порог ограничения входного
сигнала, при превышении которого
открывается диод D1. Избыток напря-
жения падает на резисторе R1, пре-
дотвращая перегрузку ОУ по входу.
Точно так же работает второй канал
устройства, собранный на ОУ А2. С
выходов ОУ А1 и А2 импульсы через
диоды D5 и D6, исключающие прохож-
дение сигналов отрицательной поляр-
ности, поступают на электронный ком-
мутатор-формирователь. Этот узел
разрешает прохождение сигналов с
канала “положи-
тельной” или “отри-
цательной” поляр-
ности в соответ-
ствии с сигналом уп-
равления, который
поступает с пере-
ключателя SA1. Пе-
реключателем SA1
пользователь вруч-
ную устанавливает
режим усилителя
(выбор канала)в со-
ответствии с поляр-
ностью измеряемо-
го сигнала. Можно
отказаться от ком-
мутации каналов,
соединив катоды
диодов D6 и D5 и
обеспечив тем са-
мым автоматичес-
кий выбор полярно-
сти входного сигна-
ла. Однако при ра-
боте с двухполяр-
ным сигналом, на-
пример синусои-
дальным, частото-
мер покажет удво-
енное значение ча-
стоты.
Усилитель разра-
ботан для частото-
мера, собранного на
КМОП микросхемах.

AD7M7B вл	Ч	•УЛО.’ТВСЯ
ADTBjtt
ADTMQU
ЗАО АРГУССОФТ Компакм"
Наш адрес : 1ЙВ0вЙ Москва, Г^жспеят Мира 05
« Тел.: (066) 217-2487 717-2518. 217-2SO5 «ис : (ОМ) 210-SB-42
с Иктарнот:	; щтропе
При использовании его в приборах с
микросхемами ТТЛ на выходе необхо-
димо предусмотреть преобразователь
уровня, собранный, например, на мик-
росхеме К561ПУ4.
Напряжение питания усилителя мож-
но увеличивать до ±15 В. При этом улуч-
шается его частотная характеристика,
и расширяются пределы величины до-
пустимого входного напряжения.
В устройстве можно использовать
любые маломощные кремниевые ди-
оды серий КД521, КД503,1N3207 с об-
ратным напряжением не менее 30 В;
маломощные германиевые диоды се-
рий Д9, Д311, 1N3206, 1N3203. Опе-
рационные усилители КР544УД2Б
могут быть заменены на К544УД2 без
изменений в монтаже платы. Допус-
кается применение ОУ типа К574УД1.
При замене микросхемы К561ЛА7 на
К561ЛЕ5 функция переключателя SA1
изменится на противоположную. Ис-
пользование микросхем К176ЛА7 или
К176ЛЕ5 несколько ухудшит частот-
ные характеристики. При настройке
усилителя необходимо выставить на-
пряжение в пределах 7,3...7,5 В на
верхнем по схеме выводе резисторов
R10, R 12, R4, R6. При необходимос-
ти следует подобрать резисторы R9,
R3, R11, R5.
Владимир Епинин,
vepin@i1 .ru
inn/JL'irr ЭЛЕКТРОННЫЕ
/IfTUIWww 'V/t f КОМПОНЕНТЫ
Департамент Микроэлектроники
TRACO
POWER
□ ANALOG
DEVICES
XlmEL

HHJHEST
4жла гклночтч., Вжодгчпи	Чжгтпгг ФсрМаТ ВЫХ
ШвЛЬ* Л-т ДИ*|Н13йи В ДИ£«СЕ4Т>4МЦНИ ДЖИЛ
Мствчнчж
рлтцнцир
ммцигкшинГ
/Х1СОМ
ДОМИ	Л		MBPS	mrpjM.R
ДС747(ЛГ|	1	'И1ВЛ	-VHD	1MBPA	—«*н
AD7*70.'2	HMW	-vHtF tFItiIkJW чич"	ими
ДО 7492	♦	u	*11	1 ИВРВ	-wm	«гр.
ACMTMS	«Т	«WEF	1 ИРА	ПИП иугп.тны
rjAMTROHIX
Honeywell
6
измерительная техника
Цифровой измеритель
процентных отклонений
Аналого-цифровой преобразователь двойного интегрирования
КР572ПВ5 широко применяется в мультиметрах, термометрах и
других измерительных устройствах. В данной статье предложен
вариант использования этого АЦП в схеме измерения процентного
отклонения какой-либо измеряемой величины от заданного значения
(рис. 1). Естественно, что эти величины должны быть представле-
ны соответствующими им напряжениями.
Отклонение в процентах вычисля-
ется по формуле
5(%) = 100(1)изм - 1)зад)/1)зад,
где иизм - напряжение, эквивалентное
измеряемой величине; изад-напряже-
ние, эквивалентное заданной величине.
Нужное значение изад устанавливают
в данном случае потенциометрами R8
и R9, удерживая кнопку SB1 в нажатом
положении. Через открытый ключ DD2.1
на вход 36 АЦП с подстроечного резис-
тора R3 подается образцовое напряже-
ние 1 В, а через буферный повторитель
DA1.1 и ключ DD2.3 на вход 31 АЦП -
напряжение с резисторов R8, R9. Уста-
навливаемое значение напряжения (в
вольтах отображается на ЖК-индикато-
ре HG1. По окончании этой операции
кнопку SB1 отпускают.
Вычисление разности иизм-Ьзад
выполняет ОУ DA2, на инвертирующий
вход которого подано изад, а на неин-
вертирующий, через ОУ DA1.2, - иизм.
Поскольку теперь ключи DD2.1 и DD2.3
закрыты, а открыты DD2.2 и DD2.4, на
вход 31 DD1 (+Uвх) поступает результат
вычисления разности, а на вход 36 DD1
(+1)обр) - 1)зад. АЦП КР572ПВ5 изме-
ряет отношение значений напряжения
на входах L)bx и Uo6p, следовательно,
мы увидим на дисплее результат вычис-
лений, в соответствии с приведенной
выше формулой. Умножение на 100 осу-
ществляется простым переносом деся-
тичной точки на 2 разряда вправо.
Диапазон устанавливаемых значений
1)зад при 1)обр=1 В равен 0... 1,999 В.
Диапазон напряжений по входу иизм -
0...4 В. Если 1)изм<1)зад, процентное
отклонение отрицательное, что сопро-
вождается появлением на индикаторе
знака Понятно, что отрицательное
отклонение от заданной величины не
может быть больше 100% (1)изм=0).
Максимальное измеряемое положи-
тельное отклонение также равно 100%
при наибольшем изад.
Элементы DD3.1 и DD3.2 служат для
формирования и инвертирования сиг-
нала управления аналоговыми ключа-
ми, обеспечивающими переключение
режима “Установка/Измерение”. Ото-
бражение десятичных точек на индика-
торе HG1 осуществляется с помощью
элементов DD4.1, DD4.2. Питание из-
мерителя осуществляется от двухпо-
лярного источника (±5 В), причем по-
ложительное напряжение должно
иметь хорошую временную и темпера-
турную стабильность, поскольку к нему
подключены цепи Uo6p и изад.
Резисторы R1, R2, R4, R5, R7, R10,
R11, R14, R15 - С2-29В с допуском не
хуже 0,5%; R3, R12 - СПЗ-39а; R8, R9 -
СПЗ-46; остальные - С2-23. Конденса-
торы - К10-17 или аналогичные импор-
тные, кроме СЗ, который должен быть
типа К73-16, К73-17. ОУ DA1 можно за-
менить на КР1040УД1, DA2 - на
КР140УД17.
Процесс настройки прибора сводит-
ся к следующему. Резисторами R8 и R9
на выходе ОУ DA1.1 устанавливают на-
пряжение 1 В, контролируя его точным
вольтметром. Затем подстроечным ре-
зистором R3 при нажатой кнопке SB1
устанавливают такое же значение на-
пряжения на индикаторе HG1. Отпустив
кнопку, соединяют вход измерителя с
выводами 1, 2 DA2 и, вращая ось по-
тенциометра R12, добиваются нулевых
показаний индикатора. При заземлении
входа прибора, на индикаторе должно
отображаться значение, близкое к-100.
Прибором может быть измерено про-
центное отклонение любой величины
(емкость, индуктивность, частота и т. п.)
от заданной, при условии наличия пре-
образователя этой величины в напря-
жение.
Виктор Цибин,
victor@promelec. ru
Литература
Б. Г.Федорков, В. А.Телец. Микросхемы
АЦП и ЦАП. - М. Энергоатомиздат, 1990.
Рис. 1
+5ВО-
Грубо
R8
4,7К
R1
2,67К
Точно
DA1-2
иизм
-5B Q
изад
R5
24К
К выв. 14
DD2, DD3
DA1-1
DD2 К561КТЗ
36
R6 1М
31
R10 100К
R11 100К
R3
68
R7
976
R2
4,02К
Uo6p
30
32
35
37
33
+Ubx
0,01 мкФ
R1215K
2L
СЗ||0,22мкФ
28
R14 100К
Rhht
Сак
С4|| 0,1 мкФ
RCr
Rr
DD3-1
DD3-2
С5||100
SB1
К выв. 7 DD4
-Ubx
OVa
-Uo6p
OVu
Собр
Собр
Синт
X R1°
К 100К
_______40
R17 75K
ГкП____39
R13 470K 29
5 ?VD1 3 "L VD2
КД521В
38
2L
L R16
КИМ
+ипит
+Uo6p
4bc
4g
2а
2Ь
2с
2d
2а
2f
2g
1a
1b
1c
1d
1e
1f
1g
3a
3b
3c
3d
3a
3f
3g
К выв. 7 DD2
DA1 - LM358N
DA2 - ОР07
DD3-K561J1H2
DD4 - К561ЛП2
КД521В
R18 1M
R19 1М
-Опит
DD1 КР572ПВ5
DD4-1
DD4-2
19
20
21
23
IF
IF
IF
Л7
22
12
11
10
9
13
25-
5
T
F
2
8
F
7
источники питания
Анализ силовых ключей
импульсных источников питания
Трудно найти более часто используемые устройства, чем источни-
ки вторичного электропитания. Они встроены в компьютеры, маг-
нитофоны, телевизоры, радиоприемники и телефоны, т. е. практи-
чески в любую радиоэлектронную аппаратуру Каждый из нас навер-
няка найдет несколько таких источников в своем окружении. Надеж-
ность РЭА в большой степени определяется надежностью встроен-
ных источников электропитания.
Резистивная нагрузка
Типовая схема ключа на мощном
МДП-транзисторе с общим истоком и
ВАХ транзистора представлены на
рис. 1а,б. Транзистор закрыт, если
входное напряжение UBX меньше поро-
гового напряжения отпирания транзис-
тора Uo. Для мощных МДП-транзисто-
ров пороговое напряжение составляет
несколько вольт, поэтому обычно ключ
закрыт при UBX = 0. Для надежного от-
пирания транзистора амплитуда вход-
ного импульса выбирается из условия
Схемотехника №6 июнь 2001
В последнее время широкое рас-
пространение получили импуль-
сные источники вторичного элек-
тропитания. Постоянное расширение
областей применения источников со-
провождается усложнением их схемных
решений. При этом выбор схемотехни-
ки таких устройств чаще всего опреде-
ляется уровнем знаний и опытом раз-
работчиков.
Основными узлами, определяющими
надежность импульсных источников пи-
тания, являются силовые ключи, кото-
рые в настоящее время выполняются на
биполярных приборах и приборах, уп-
равляемых полем [1]. При разработке
силовых приборов, управляемых полем,
наибольшие успехи достигнуты в обла-
сти создания следующих устройств:
• полевых транзисторов с изолиро-
ванным затвором (МДП-транзисто-
ры);
•	биполярных транзисторов с изоли-
рованным затвором (IGBT-
Insulated Gate Bipolar Transistor);
•	запираемых тиристоров с МОП-уп-
равлением ( МСТ - MOS-Controlled
Thyristor);
•	силовых модулей на базе МДП- и
IGBT-приборов (PM-Power
Modules);
•	“интеллектуальных” силовых интег-
ральных схем (Intelligent Power
Integrated Circuit).
При работе с большими мощностя-
ми (коммутации напряжений до 4 кВ и
токов более 50 А) наибольшее распро-
странение получили дискретные IGBT
и силовые модули на их основе. По
быстродействию IGBT уступают МДП-
транзисторам, но значительно превос-
ходят биполярные. Типичные значения
времени рассасывания накопленного
заряда и спада тока при выключении
IGBT находятся в диапазонах 0,2. ..0,4
и 0,2... 1,5 мкс соответственно. Область
безопасной работы IGBT позволяет ус-
пешно обеспечить его надежную рабо-
ту без применения дополнительных
цепей формирования траектории пере-
ключения при частотах от 10 до 20 кГц.
МДП-транзисторы находят наиболь-
шее применение при коммутации на-
пряжения до 600... 1000 В при токах до
50 А и частотах переключения до со-
тен килогерц. Параметры МДП-транзи-
сторов, достигнутые в настоящее вре-
мя, обеспечили их предпочтительное
применение в источниках питания со-
временной радиоэлектронной аппара-
туры.
Характер процессов, протекающих в
силовом ключе, существенно зависит от
вида нагрузки и в значительно меньшей
степени - от типа ключа. В реальных ус-
тройствах нагрузка силового ключа но-
сит комплексный характер и имеет рези-
стивную, индуктивную и емкостную со-
ставляющие. Точный расчет статическо-
го режима и переходных процессов в та-
ком случае возможен только при исполь-
зовании персонального компьютера.
Однако очень часто одна из составляю-
щих сопротивления нагрузки является
преобладающей, поэтому целесообраз-
но рассмотреть влияние каждой состав-
ляющей на работу силового ключа.
Ниже предлагается методика прибли-
женного аналитического расчета пара-
метров ключа, выполненного на МДП-
транзисторе, работающего на разные
виды нагрузки.
Учитывая, что в справочниках на по-
лупроводниковые приборы приводятся
параметры, характерные для работы
транзистора с резистивной нагрузкой,
вначале проведем анализ силового
ключа именно с такой нагрузкой.
UBXM> (1,2...1,5)(UO+IH/SO),
где lH = Un/(RH+RCkl); So - крутизна ха-
рактеристики полевого транзистора;
Rcl/| - сопротивление транзистора в от-
крытом состоянии. Напряжение на сто-
ке закрытого (выключенного) транзис-
тора
^СИ ВЫКЛ “ ип-|С НАЧ^Н ~ ^П’
а напряжение на стоке открытого (вклю-
ченного) транзистора
^си вкл = КсиЧ1н = R сД^н^аЛ
Переходные процессы, возникающие
при переключении МДП-транзистора
имеют шесть характерных этапов
(рис. 1в). Приближенные формулы для
расчета длительности этих этапов и со-
ответствующих мощностей потерь, рас-
сеиваемых на транзисторе, приведены
в табл. 1.
Следует отметить, что емкости МДП-
транзистора зависят от величины на-
пряжений на его выводах. Однако для
упрощения расчетов взяты их усред-
ненные значения, приводимые в спра-
8
источники питания
Таблица 1
Параметр	Аналитическое выражение		Результаты расчета
Время задержки включения	1звкл= Кг(Сзи+Сзс)1п[ Ubxm/(Ubxm-Uo)]		18,5 нс
Время включения	.	_ n		Rf (Un ~ UСИВКЛ )	 Ubxm “Uo -(Un -UCI.IBKJI)/2RHSO где U си вкл = UnRcM/(RH +Rcm)		40,5 нс
Время установления включения	1увкл ~ 3Rr(C3M + Сзс)		154 нс
Время задержки выключения	1з выкл = Rr(C3M+C3c)- ln(UBX м/Сзи kp), где Сзи kp = Uo+(Un - Ucw bkji)/RhSo		32 нс
Время выключения	+	_ л «r p	Un_ UCIIBKJI ТВЫКЛ -ЦЫ-зсКг	/	ч	 ио + (ип иСИВКЛ)' /кп^о		56 нс
Время установления выключения	ty выкл ~ 3Rr(C3M+C3c)		154 нс
Мощность потерь на этапе включения	Р - 1 Un ВКЛ TRCI]+RH	*вкл *вкл Rh 2	3 RH + RCII	1,38 Вт
Мощность потерь во включенном состоянии	т>	_ *И *ВКЛ г>	RCII ГСТВКЛ -	„	rHMAKC D	D 1	К । j + Кси гДе Рнмакс = и„ /(Rh + Rcn)		22,5 Вт
Мощность потерь на этапе выключения	Р -1 Un выкл TRCII+RH	*выкл *выкл Rh 2	3 RH + RCI] ,	1,87 Вт
Мощность потерь в выключенном состоянии	Рствыкл =	' t 1	— UnZ T п ост /	40-10-6 Вт
Максимальная мгновенная мощность	Р	-	ип2 4(RH+RCII)		476 Вт
вочниках. Такой подход приводит к по-
грешности в пределах 10... 15%.
Результаты расчета параметров клю-
ча на МДП-транзисторе КП701 с при-
менением предложенных формул при-
ведены в табл. 1. Расчет был выпол-
нен при следующих параметрах: Uo =
6 В; Сзи = 1  10-9Ф; Сзс = 30-10-12Ф; So =
1 A/В; RCM = 2 Ом; lOCT = 20-10-3 A; RH =
82 Ом; Un = 400 В; UBX м = 20 В; Rr = 50
Ом; F = 100-Ю3 Гц;1и = 5-10-бс.
Рассмотренные особенности работы
ключа с резистивной нагрузкой позволя-
ют сделать следующие ниже выводы.
1.	Скорость изменения напряжения
на стоке слабо зависит от напряжения
питания, a tBKri и 1вЫКЛ пропорциональ-
ны перепаду (Un- иси вкл)  Un.
2.	Задержки t3 вкл и t3 выкл пропорци-
ональны постоянной времени
Rr(C3M+C3c)-
3.	Времена tBKJ1 и 1ВЫКЛ слабо зависят
от емкостей Сзи и Сси и сильно - от Сзс,
при этом tBKrl и (выкл пропорциональны
постоянной времени Rr-C3c
4.	Статические потери, определяе-
мые при закрытом и открытом состоя-
нии транзистора, зависят, в основном,
от его типа. Для получения минималь-
ных статических потерь необходимо
выбирать транзисторы с минимальны-
ми значениями сопротивления RCM и
остаточного тока 1сост.
5.	Минимальные мощности потерь на
этапах переключения (динамические
потери) достигаются не только подбо-
ром транзисторов с минимальным вре-
менем переключения, но и правильным
выбором схемы их управления, способ-
ной быстро перезаряжать входные ем-
кости транзисторов.
6.	Максимальное мгновенное значе-
ние мощности, рассеиваемой на тран-
зисторе на этапах переключения, мо-
жет достигнуть 25% от максимального
расчетного значения мощности нагруз-
ки Рмакс  U2n/RH. Эту мгновенную мощ-
ность необходимо учитывать при выбо-
ре транзистора, поскольку она может
вывести его из строя.
7.	Мощность потерь транзисторного
ключа, рассчитываемая как сумма ста-
тических и динамических потерь, выде-
ляемых на транзисторе в виде тепла,
увеличивается с ростом частоты и дли-
тельности переходных процессов. Сум-
марная мощность потерь определяет
необходимость применения радиаторов
для уменьшения температуры нагрева
транзистора и обеспечения надежнос-
ти его работы в ключевом режиме.
Емкостная нагрузка
Она может быть подключена либо
параллельно резистору RH, либо парал-
лельно МДП-транзистору (рис. 2а). Опи-
сание работы транзистора с учетом его
реальных характеристик при емкостной
нагрузке достаточно сложно. Поэтому
для анализа характерных особенностей
работы силового ключа с такой нагруз-
кой используют идеализированные ха-
рактеристики транзистора (рис. 26). Сра-
зу же отметим, что статический режим
работы ключа с емкостной нагрузкой
ничем не отличается от режима работы
с резистивной нагрузкой.
При подаче на вход ключа импульса
управления, рабочая точка полевого
транзистора переходит из положения 1
в положение 2, а ток ключа (ток стока)
нарастает до уровня МАКС = S0-UBX,
где So - крутизна транзистора (момент
t1 на рис. 2в). Длительность интервала
времени, соответствующая этому пере-
ходу, определяется быстродействием
транзистора и цепью его управления и
ориентировочно может быть оценена
как t = 2,2 Rr C3kl. Затем рабочая точка
транзистора перемещается из положе-
ния 2 в положение 3 и далее в положе-
ние 4 с уменьшением напряжения на
стоке и тока стока до уровней, опреде-
ляемых статическим режимом.
На этапе выключения (с момента
времени t4) рабочая точка перемеща-
ется из положения 4 в положение 5 при
незначительном изменении напряже-
ния иси ост. Длительность этого интер-
вала (t5-t4) определяется инерционны-
ми свойствами полевого транзистора,
т. е. практически временем 1выкл =
2,2 Rr C3kl. С момента времени t5 напря-
жение на ключе растет по экспоненци-
альному закону с постоянной времени
9
источники питания
а мощность, рассеиваемую
на транзисторе в этом интер-
вале, равной нулю. При дли-
тельности импульса управле-
ния tM > (2... 3)tH рабочая точ-
ка транзистора оказывается в
положении 3.
При выключении, в силу
инерционности нагрузки, ра-
бочая точка перемещается
из положения 3 в положение
4. Изменение напряжения на
ключе происходит при прак-
тически неизменном токе
lKn(t) = 1н. Максимальное на-
пряжение на ключе за счет
ЭДС самоиндукции в индук-
тивности LH может достигать
большой величины и реаль-
но ограничено напряжением
пробоя транзистора и его па-
разитными емкостями. По
мере уменьшения энергии,
накопленной в индуктивнос-
ти, рабочая точка перемеща-
ется в положение 1. В таком
режиме работы ключ на
практике не используется,
так как положению 4, где напряжение
иси может значительно превышать до-
пустимое напряжение транзистора, со-
ответствует большая мгновенная мощ-
ность, выделяемая на транзисторе и
способная вывести его из строя. Для ог-
раничения перенапряжения на ключе с
индуктивной нагрузкой в схему вводят
диод VD0, называемый нулевым или
обратным. При этом, когда напряжение
на коллекторе становится больше на-
пряжения питания Un (с момента вре-
мени t5), диод VD0 открывается, и энер-
гия, накопленная в индуктивности, рас-
сеивается в контуре LHVD0RH. Умень-
шение тока транзистора происходит
Схемотехника №6 июнь 2001
t = RHCH, и рабочая точка перемеща-
ется в исходное состояние (положе-
ние 1).
Рассмотренные особенности работы
ключа на нагрузку с емкостным харак-
тером позволяют сделать следующие
ниже выводы.
1.	Наиболее опасным в работе клю-
ча с емкостной нагрузкой является пе-
реходной режим при включении, так как
максимальное значение мгновенной
мощности может существенно превы-
шать максимальную допустимую мощ-
ность ключа
Ркл МАКС = 'кл МАКС'^П = ^ВХ ^О^П-
2.	Величина мощности
потерь в ключе на интер-
вале включения зависит
от величины емкости Сн,
напряжения питания Un
и частоты f = 1/Т и может
быть определена как
Рпот= Un2CHf/2, rflef-
частота работы ключа.
3.	В переходном ре-
жиме при выключении
транзистора мощность
потерь значительно
меньше других состав-
ляющих и на практике
ею можно пренебречь.
Индуктивная нагруз-
ка
При индуктивном ха-
рактере нагрузки (рис. За)
возможны два режима ра-
боты ключа: с прерывис-
тым током нагрузки и не-
прерывным.
Режим прерывистого
тока характеризуется
тем, что к моменту вклю-
чения МДП-транзистора
ток в индуктивности LH равен нулю, а в
режиме непрерывного тока имеет конеч-
ное значение, не равное нулю. В режи-
ме прерывистого тока при подаче на
вход включающего импульса рабочая
точка переходит из положения 1 в поло-
жение 2 за время tBKJ1. Ток нагрузки (или
ток ключа) изменяется по экспоненци-
альному закону с постоянной времени
tH = LH/RH Для импульсных источников
питания характерно то, что постоянная
времени нагрузки tH = LH/RH много боль-
ше времени включения транзистора. По-
этому допустимо считать переключение
транзистора (уменьшение напряжения
на стоке до уровня исиост) мгновенным,
10
источники питания
при неизменном напряжении на тран-
зисторе икл = Un
Максимальное значение мгновенной
мощности ограничивается на уровне
Реи макс = UnlH- Время выключения при-
ближенно рассчитывается как 1ВЫКЛ =
2,2-Rr-C3M.
В режиме непрерывного тока индук-
тивности основное отличие в работе
ключа с индуктивной нагрузкой наблю-
дается при включении. Это отличие зак-
лючается в том, что к моменту включе-
ния транзистора в индуктивности 1_н и
диоде VD0 протекает ток. При этом диод
VD0 ведет себя как конденсатор, емкость
которого складывается из его барьерной
и диффузионной емкостей. Следова-
тельно, нагрузка ключа в режиме непре-
рывного тока индуктивности, носит ем-
костной характер, а рабочая точка на
этапе включения перемещается из по-
ложения 1 в положение 6 и затем в по-
ложение 3. При выключении транзисто-
ра переходные процессы в режиме не-
прерывного тока имеют такой же харак-
тер, что и в режиме прерывистого тока.
Рассмотренные особенности работы
ключа на нагрузку с индуктивным харак-
тером позволяют сделать следующие
выводы.
1.	При индуктивном характере нагруз-
ки в схему должен быть введен нуле-
вой диод.
2.	В режиме прерывистого тока мощ-
ность потерь при включении значитель-
но меньше всех других составляющих.
3.	Наиболее опасным для транзистора
при индуктивном характере нагрузки с
обратным диодом является процесс вык-
лючения, так как максимальное значение
мгновенной мощности, выделяемой на
стоке, определяется произведением на-
пряжения питания на ток нагрузки.
4.	В режиме непрерывного тока тран-
зисторный ключ испытывает большие
перегрузки по мощности как при вклю-
чении, таки при выключении.
Проведенный анализ работы сило-
вого ключа при различных характерах
нагрузки показывает, что для получе-
ния минимальных потерь на этапе
включения транзистора необходима
траектория движения рабочей точки,
характерная для индуктивной нагруз-
ки в режиме прерывистого тока индук-
тивности, а на этапе выключения - как
в случае емкостной нагрузки. Для по-
лучения оптимальных траекторий ра-
бочей точки ключа, в его схему вводят
специальные
цепи форми-
рования тра-
ектории.
Один из ва-
риантов такой
цепи, наибо-
лее часто при-
меняемой в
ключевых ис-
точниках пита-
ния и форми-
рующей траек-
торию рабочей точки транзистора на
этапе выключения, показан на рис. 4 [2].
Конденсатор, подключенный парал-
лельно транзистору, создает режим ра-
боты ключа с емкостным характером
нагрузки. Для уменьшения влияния это-
го конденсатора на этапе включения,
последовательно ему вводят цепь диод-
резистор. Резистор ограничивает вели-
чину разрядного тока конденсатора.
Следует отметить, что введение форми-
рующих цепей, облегчающих коммута-
ционные режимы транзистора, вызыва-
ет появление дополнительных потерь.
Это необходимо учитывать при проек-
тировании ключевых устройств.
Анализ и расчет более сложных це-
пей формирования траектории рабочей
точки транзистора при комплексном
характере нагрузки будет рассмотрен в
следующей статье.
Имя Ремнев,
Имя Смердов
Литература
1. В. В. Бачурин, В. П. Дьяконов,
А. М. Ремнев, В. Ю. Смердов. Схе-
мотехника устройств на мощных
полевых транзисторах. - М.: Радио
и связь, 1994, с. 280.
2. В. П. Дьяконов, А. М. Ремнев,
В. Ю. Смердов. Особенности ремонта
узлов радиоэлектронной аппаратуры
на МДП-транзисторах. - Ремонт и сер-
вис электронной техники, №11, 1999,
с. 57—60.
— Гдеjjijj ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ
ПЛАТАН ВАШЕГО УСПЕХА
ARGUSS^FT
Департамент Микроэлектроники
ЭЛЕКТРОННЫЕ
КОМПОНЕНТЫ
ОФИЦИАЛЬНЫЙ
дистрибьютор фирм:
International
I0R Rectifier
Схема упраалаыыя балластами
флюоресцентных ламп IR21571
фирмы International Rectifier
□ ANALOG
DE'tCES
•	Минимум дополнительных компонентов, простота
подключения и адаптации к различным типам темп
•	Высоковольтный {6006) драйвер и схеме управлений
в еднем корпусе
•	Программируемое время предварительного подогрева
и программируемая частота
•	Программируемое время ожидания и програмируемые
характеристики поджига
•	Автоматический рестарт
•	Защита от пере гр ааа, защита от нерезонансной работы
*	Защита от электростатического пробоя
*	Рабочая температура -55 +150 "С
•	Максимальный ток да 5С0мА
Honeywell
ANALOG Новые серим дифференциальных
DEVICES операционных усилителей
AVD
j DIGITAL
f OUTPUTS
TRACO
POWER
ЛНПЕ1,
pauxtNB
Cl ARI
12135 р Москва ул. Ивана франка д. 40r г. 1 стр 2
тел.,ф«СЕ (095) 73-75-999
Почта: 1213S1, Москва , а я 10О
E-wek. RGplatOT ги
/Гл.,
HC s NO CONNECT
NC = NO CONNECT
/Х1СОМ
Количество Микросхема усилителей а корпусе		Нелрпинне питания. Й ими. маис.		Скорость мрасгвнмя, В>нкс	Нагтивиныа жюпенш.	Ценив партии рт 11X1 ил. с НДС. USD	
ADS129Я0	1	+4.5	±12.5	1000	-75	звоните	
AD3131	1	+47	±5	2000	-77	2.81	I
AD8132	1	+2.7	±5. Б	1200	-99	2 68	
AD813B	1	+3	±5	1150	94	5 62	
ЗАО АРГУССОФТ Компани" Наш адрес : 129065 Москва Проспект Мира, 95  Тел	217-2467, 217-261В, 217-2506 Факс : (096) 216-66-42 Интернет * http JTwwwагдикыЛш e-mail: сотрогигйкфагриймЛги							
Honeywell
HflNTRijMIK
SII
М&НчйнпмгвНс
A
JE AN

11
новости науки и техники
Наливные трансформаторы -
сказка становится былью
Технология производства трансформаторов непрерывно совершен-
ствуется. Этот важнейший и старейший радиотехнический компо-
нент сильно изменился за последнее время. Вместе с развитием
техники импульсных преобразователей, появились низкопрофильные
печатные трансформаторы, а индуктивность рассеяния обмоток
используется как полноправный компонент схемы.
Схемотехника №6 июнь 2001
Однако есть еще области, в кото
рых пока нет альтернативы тра
дици-онным трансформаторам.
Это область аналоговых сигналов: уси-
ление звука, всевозможные сверхчув-
ствительные и прецизионные датчики.
Наилучшими свойствами обладает осо-
бый тип тороидальных трансформато-
ров, у которого, в отличие от обычного,
обмотка представляет собой тор, зак-
люченный внутрь магнитопровода. В
такой конфигурации магнитные свой-
ства материала используются полнос-
тью, а внешние наводки - бич слабо-
точных цепей - минимальны. Однако
такой трансформатор можно сделать
только разъемным, что сводит на нет
многие преимущества.
По сообщениям в прессе, извечная
мечта технологов крупных производств -
намотка тороидальных трансформато-
ров отдельно от сердечников - стала
явью. Это стало возможным благодаря
новейшему достижению новозеландских
ученых - изобретением безгистерезис-
ной ферромагнитной жидкости с уникаль-
ными свойствами. Технические подроб-
ности держатся в строгом секрете, но в
беседе с корреспондентами г-н Ниил
Дранкель, возглавляющий большой кол-
лектив разработчиков, сказал: “В своих
изысканиях мы опирались исключитель-
но на теоретические работы русских уче-
ных, начиная от Б. Л. Розинга, Я. И. Френ-
келя, Я. Г. Дорфмана, В. Л. Гинзбурга, Л.
Д. Ландау, до Баркгаузена и французс-
кого ученого русского происхождения
Коэля (прим, перев.: здесь в словах мэт-
ра какая-то аллюзия, видимо, вызванная
приобщением к русской литературной
традиции: фамилия знаменитого фран-
цузского исследователя ферромагнетиз-
ма Neel каким-то образом трансформи-
ровалась в Koal, что на маори означает
“не пьет”). Главной нашей заслугой я счи-
таю получение монодоменной структуры
порошка чистейшего железа (МДМ), по-
лучаемого в сложном процессе электро-
химическим травлением в магнитном
поле и ионной имплантацией для сниже-
ния подвижности доменных стенок. Вза-
имодействие электролита с металлом
приводит к тому, что металл растворяет-
ся по границам домена, где поверхност-
ная энергия максимальна. Нам удалось
довести радиус однодоменности до 10-4
см. Остальное было делом техники”.
Квантово-механические объяснения это-
го механизма выходят за рамки цитируе-
мой статьи (“Maori today”, №4/2000 -
прим, перев.) по причине отсутствия в
языке необходимых для этого понятий и
символов.
Часть этого интервью попало на стра-
ницы местной прессы, и на Ниила Дран-
келя началась “охота” журналистов и
фоторепортеров. Особо умелым, на-
стойчивым и терпеливым удалось сфо-
тографировать часть внутреннего инте-
рьера его рабочего кабинета. При уве-
личении снимка и его дальнейшей об-
работке на компьютере репортеры уви-
дели надпись на большом плакате. Но
радость оказалось преждевременной,
все буквы оказались на кириллице и
понять смысл стало проблематично.
После многочисленных вариаций и
проб, а затем и перевода на язык маори
в литературной обработке, получилось:
“После первой заливки - не тестируют!”.
Как писали газеты, наверняка у Нии-
ла есть русские корни! Иначе чем мож-
но объяснить эту надпись? Немного по-
зднее выяснилось, что подобные пла-
каты есть не только в личном кабинете,
но также во всех отделах и лаборатори-
ях. Это был своего рода девиз всей фир-
мы. Русские корни оказались ни при чем.
Если после заливки контейнера сразу
начать проверять свойства трансформа-
тора, то броски тока, вызывающие на-
магничивание ферромагнитной жидко-
сти, могут вызвать слипание частиц.
Необходимо некоторое время для диф-
фузии и образования коллоида.
Комментарий переводчиков:
Как известно, в слабых полях рост
намагничивания происходит за счет
увеличения объема доменов, магнит-
ные векторы которых образуют наи-
меньший угол с направлением внешне-
го поля за счет соседних доменов. Этот
эффект обратим даже в обычных “твер-
дых” ферромагнетиках, а в МДМ он про-
сто отсутствует. Поэтому в слабых по-
лях зависимость намагниченности МДМ
от напряженности поля линейна. Даль-
нейшее увеличение напряженности
вызывает повороты доменов на 90° и
180°. Поэтому изменение намагничен-
ности происходит скачкообразно - так
называемый эффект Баркгаузена. На
третьем участке кристаллы перемагни-
чиваются в “трудном” направлении, т.
е. вдоль диагоналей кристаллографи-
ческой решетки и линейная зависи-
мость намагниченности от напряженно-
сти поля нарушается.
При образовании коллоидного ра-
створа МДМ-порошка в жидкости, про-
исходит удаление доменов друг от дру-
га, и обменное (квантово-механическое)
взаимодействие ослабевает. Домены
становятся почти независимыми, по-
добно парамагнетику, сохраняя при
этом высокий магнитный момент. Пово-
рот доменов при увеличении поля осу-
ществляется плавно, поскольку мгно-
венному повороту вдоль магнитного
поля препятствует, помимо обменного
и магнитного взаимодействия, тепло-
вое движение и вязкое молекулярное
трение.
Вследствие этого просматриваются
следующие особенности МДМ-матери-
алов:
•	магнитная прони цаемость жидкости
регулируется концентрацией МДМ-
порошка;
•	магнитная проницаемость не зави-
сит от напряженности магнитного
поля в широких пределах, линейно
зависит от температуры и не зави-
сит от механических нагрузок, в от-
личие от твердых материалов;
•	гистерезис отсутствует полностью;
•	важнейшую роль играют физико-
химические свойства жидкости-ра-
створителя;
•	частотный диапазон МДМ-жидкости
ограничен;
•	необходимо, как минимум, три за-
ливки для минимизации поверхно-
стных эффектов;
•	при необходимости увеличения
объема МДМ, плотность каждой
последующей порции должна уве-
личиваться по нарастающей, но не
наоборот;
•	после окончания процесса диффу-
зии полезно дополнить объем МДМ-
жидкостью небольшой плотности
(около 5% объемных).
Теперь технология производства
трансформаторов очень упрощается.
Обмотки изготавливаются на простей-
ших станках, т. к. они представляют со-
бой просто кольцевые галеты. Роль
сердечника выполняет разъемный, но
герметичный контейнер с клапаном и
штуцером для заливки. МДМ-жидкость
на самом деле довольно густая, т. к. для
достижения предельных значений па-
раметров концентрация может дости-
гать 79%. В этом случае она по консис-
тенции напоминает творог, и при “зап-
равке” требуются высокие давления и
ультразвуковая оснастка.
Первые образцы трансформаторов
доктора Дранкеля имели вдвое боль-
шую удельную мощность. Но самый
большой прогресс был достигнут в об-
ласти разработки сигнальных транс-
форматоров для звуковых и метроло-
гических целей. МДМ-тороиды
обладают фантастической линейнос-
тью. Этим открытием уже заинтересо-
вались производители Hi-End аудиотех-
ники с Силиконовых Холмов (Silicon
Hills - довольно странное название для
местечка под Веллингтоном, особенно
если учесть, что местность там ровная,
как стол - прим, перев.). Уже появились
сообщения о выпуске 100-ваттных лам-
повых усилителей с THD=0,01%, а ко-
личество трансформаторов в референ-
сном изделии фирмы Silicon Hills
Audio - усилителе SHA Stibius - достиг-
ло рекордного числа 28!
На вопрос журналистов из CNN “Что
вы можете сказать об этих усилите-
лях?” , доктор Ниил Дранкель, со свой-
ственной ему скромностью, ответил:
“Только многократная заливка и стро-
гое соблюдение ее технологии, могут га-
рантировать кристально-чистое, изуми-
тельное по своей прозрачности звуча-
ние!” И с этим сложно не согласиться!
Перевод с новозеландского
Евгений Панаев,
scobichevsky@mail.ru,
Александр Скобичевский,
panaeff@chat.ru
12
основы схемотехники
Раз шажок,
два шажок...
Шаговые двигатели уже давно и успешно применяются в самых раз-
нообразных устройствах. Их можно встретить в дисководах, прин-
терах, плоттерах, сканерах, факсах, а также в разнообразном про-
мышленном и специальном оборудовании. В настоящее время выпус-
кается множество различных типов шаговых двигателей на все слу-
чаи жизни. Однако правильно выбрать тип двигателя - это еще
полдела. Не менее важно правильно выбрать схему драйвера и алго-
ритм его работы, который зачастую определяется программой
микроконтроллера. Цель этой статьи - систематизировать сведе-
ния об устройстве шаговых двигателей, способах управления ими,
схемах драйверов и алгоритмах. В качестве примера приведена прак-
тическая реализация простого и дешевого драйвера шагового двига-
теля на основе микроконтроллера семейства AVR.
Что это, и зачем это нужно?
Шаговый двигатель - это электроме-
ханическое устройство, которое преоб-
разует электрические импульсы в дис-
кретные механические перемещения.
Наверное, каждый видел, как выглядит
шаговый двигатель внешне: он практи-
чески ничем не отличается от двигате-
лей других типов. Чаще всего это круг-
лый корпус, вал, несколько выводов
(рис. 1). Однако шаговые двигатели
обладают некоторыми уникальными
свойствами, что делает их порой исклю-
чительно удобными или даже незаме-
нимыми для применения.
Связано этот с тем, что шаговые дви-
гатели характеризуются следующими
особенностями:
•	угол поворота ротора определяет-
ся числом импульсов, которые по-
даны на двигатель;
•	двигатель обеспечивает полный
момент в режиме остановки (если
обмотки запитаны);
•	прецизионное позиционирование и
повторяемость; хорошие шаговые
двигатели имеют точность 3-5% от
величины шага, причем эта ошибка
не накапливается от шага к шагу;
•	возможность быстрого старта/оста-
новки/реверсирования;
Рис. 1. Внешний вид шаговых двигателей
•	высокая надежность, связанная с
отсутствием щеток; срок службы
шагового двигателя фактически
определяется сроком службы под-
шипников;
•	однозначная зависимость положе-
ния от входных импульсов обеспе-
чивает позиционирование без об-
ратной связи;
•	возможность получения очень низ-
ких скоростей вращения для нагруз-
ки, присоединенной непосредствен-
но к валу двигателя без
промежуточного редуктора;
•	скорость пропорциональна частоте
входных импульсов, таким образом
может быть перекрыт довольно
большой диапазон скоростей.
Однако шаговые двигатели облада-
ют также некоторыми недостатками:
•	шаговым двигателям присуще явле-
ние резонанса;
•	возможна потеря контроля положе-
ния ввиду работы без обратной свя-
зи;
•	потребление энергии не уменьша-
ется даже без нагрузки;
•	затруднена работа на высоких ско-
ростях;
•	недостаточно высокая удельная
мощность;
•	относительно сложная схема управ-
ления.
Что выбрать?
Шаговые двигатели отно-
сятся к классу бесколлек-
торных двигателей постоян-
ного тока. Как и любые
бесколлекторные двигате-
ли, они имеют высокую на-
дежность и большой срок
службы, что позволяет ис-
пользовать их в критичных,
например, индустриальных
применениях. По сравне-
нию с обычными двигателя-
ми постоянного тока, шаго-
вые двигатели требуют
значительно более слож-
ных схем управления, кото-
рые способны обеспечивить коммута-
цию обмоток при работе двигателя. Кро-
ме того, сам шаговый двигатель - до-
рогостоящее устройство, поэтому там,
где точное позиционирование не тре-
буется, обычные коллекторные двига-
тели имеют заметное преимущество.
Одним из главных преимуществ ша-
говых двигателей является возмож-
ность осуществить точное позициони-
рование и регулировку скорости без
датчика обратной связи. Это очень важ-
но, так как такие датчики могут стоить
намного больше самого двигателя. Од-
нако это подходит только для систем,
которые работают при малом ускоре-
нии и с относительно постоянной на-
грузкой. В то же время системы с об-
ратной связью способны работать с
большими ускорениями и даже при пе-
ременном характере нагрузки. Если
нагрузка шагового двигателя превысит
его момент, то информация о положе-
нии ротора теряется, и система требу-
ет базирования с помощью концевого
выключателя или другого датчика. Си-
стемы с обратной связью не имеют по-
добного недостатка.
При проектировании конкретных си-
стем приходится делать выбор между
сервомотором и шаговым двигателем.
Когда требуется прецизионное позици-
онирование и точное управление ско-
ростью, а требуемый момент и скорость
не выходят за допустимые пределы, то
шаговый двигатель является наиболее
экономичным решением. Шаговые дви-
гатели, по сравнению с коллекторными,
имеют меньший момент. Как и в обыч-
ных двигателях, для повышения момен-
та может быть использован понижаю-
щий редуктор, однако этот метод не
всегда подходит. В отличие от коллек-
торных двигателей, у которых момент
растет с увеличением скорости, шаго-
вый двигатель имеет больший момент
на низких скоростях. К тому же, шаго-
вые двигатели имеют гораздо меньшую
максимальную скорость по сравнению
с коллекторными двигателями, что ог-
раничивает максимальное передаточ-
ное число и, соответственно, увеличе-
ние момента с помощью редуктора.
Готовые шаговые двигатели с редукто-
рами хотя и существуют, однако явля-
ются экзотикой. Еще одним фактом, ог-
раничивающим применение редуктора,
является присущий ему люфт.
Возможность получения низкой ча-
стоты вращения часто является при-
чиной того, что разработчики, будучи
не в состоянии спроектировать редук-
тор, применяют шаговые двигатели
неоправданно часто. В то же время
коллекторный двигатель имеет более
высокую удельную мощность, низкую
стоимость, простую схему управления,
и, вместе с одноступенчатым червяч-
ным редуктором способен обеспечить
тот же диапазон скоростей, что и ша-
говый двигатель. К тому же, он обес-
печивает и значительно больший кру-
тящий момент. Приводы на основе
13
основы схемотехники
Схемотехника №6 июнь 2001
коллекторных двигателей очень часто
применяются в технике военного на-
значения, а это косвенно говорит об их
хороших параметрах и высокой надеж-
ности. Да и в современной бытовой
технике, автомобилях, промышленном
оборудовании коллекторные двигате-
ли довольно сильно распространены.
Тем не менее, для шаговых двигате-
лей имеется своя, хотя и довольно уз-
кая, сфера применения, где они неза-
менимы.
Типы шаговых двигателей
Существуют три основных типа ша-
говых двигателей:
•	двигатели с переменным магнитным
сопротивлением;
•	двигатели с постоянными магнитами;
• гибридные двигатели.
Определить тип двигателя можно
даже на ощупь: при вращении вала
обесточенного двигателя с постоянны-
ми магнитами (или гибридного) чувству-
ется переменное сопротивление вра-
щению, двигатель вращается как бы
щелчками. В то же время вал обесто-
ченного двигателя с переменным маг-
нитным сопротивлением вращается
свободно. Гибридные двигатели явля-
ются усовершенствованием двигателей
с постоянными магнитами и по спосо-
бу управления ничем от них не отлича-
ются. Определить тип двигателя мож-
но также по конфигурации обмоток.
Двигатели с переменным магнитным
сопротивлением обычно имеют три
(реже четыре) обмотки с одним общим
выводом. Двигатели с постоянными
магнитами чаще всего имеют две неза-
висимые обмотки. Эти обмотки могут
иметь отводы от середины. Иногда дви-
гатели с постоянными магнитами име-
ют четыре раздельных обмотки.
В шаговом двигателе вращающий
момент создается магнитными потока-
ми статора и ротора, которые соответ-
ствующим образом ориентированы друг
относительно друга. Статор изготовлен
из материала с высокой магнитной про-
ницаемостью и имеет несколько полю-
сов. Полюс можно определить как неко-
торую область намагниченного тела, в
которой сконцентрировано магнитное
поле. Полюса имеют как статор, так и
ротор. Для уменьшения потерь на вих-
ревые токи магнитопроводы собраны из
отдельных пластин, подобно сердечни-
ку трансформатора. Вращающий мо-
мент пропорционален величине магнит-
ного поля, и, соответственно, току в об-
мотке и количеству витков. Таким обра-
зом, вращающий момент зависит от па-
раметров обмоток. Если хотя бы одна
обмотка шагового двигателя запитана,
ротор принимает определенное положе-
ние. Он будет находиться в этом поло-
жении до тех пор, пока внешний прило-
женный момент не превысит некоторо-
го значения, называемого моментом
удержания. После этого ротор повернет-
ся и будет стараться принять одно из
следующих положений равновесия.
Двигатели с переменным
магнитным сопротивлением
Шаговые двигатели с переменным
магнитным сопротивлением имеют не-
сколько полюсов на статоре и ротор
зубчатой формы из магнитомягкого
материала (рис. 2). Намагниченность
ротора отсутствует. Для простоты на
рисунке ротор имеет четыре зубца, а
статор имеет шесть полюсов. Двига-
тель имеет три независимые обмотки,
каждая из которых намотана на двух
Рис. 2. Двигатель с переменным
магнитным сопротивлением
противоположных полюсах статора.
Такой двигатель имеет шаг, равный
30°. При включении тока в одной из
катушек, ротор стремится занять по-
ложение, когда магнитный поток замк-
нут, т. е. зубцы ротора будут находить-
ся напротив тех полюсов, на которых
находится запитанная обмотка. Если
затем выключить эту обмотку и вклю-
чить следующую, то ротор поменяет
положение, снова замкнув своими
зубцами магнитный поток. Таким об-
разом, чтобы осуществить непрерыв-
ное вращение, нужно включать фазы
попеременно. Двигатель не чувстви-
телен к направлению тока в обмотках.
Реальный двигатель может иметь
большее количество полюсов стато-
ра и большее количество зубцов ро-
тора, что соответствует большему ко-
личеству шагов на оборот. Иногда
поверхность каждого полюса статора
выполняют зубчатой, что вместе с со-
ответствующими зубцами ротора
обеспечивает
очень маленькое
значение угла
шага - порядка
нескольких граду-
сов. Двигатели с
переменным маг-
нитным сопротив-
лением довольно
редко используют
в индустриальных
применениях.
Двигатели
с постоянными
магнитами
Эти двигатели
состоят из статора,
который имеет об-
Рис. 3. Двигатель с постоянными
магнитами
мотки, и ротора, содержащего постоян-
ные магниты (рис. 3). Чередующиеся
полюса ротора имеют прямолинейную
форму и расположены параллельно оси
двигателя. Благодаря намагниченности
ротора в таких двигателях обеспечива-
ется больший магнитный поток и, как
следствие, больший момент, чем у дви-
гателей с переменным магнитным сопро-
тивлением. Показанный на рис. 3 двига-
тель имеет три пары полюсов ротора, две
пары полюсов статора, две независимые
обмотки, каждая из которых намотана на
двух противоположных полюсах статора.
Такой двигатель, как и рассмотренный
ранее двигатель с переменным магнит-
ным сопротивлением, имеет величину
шага 30°. При включении тока в одной из
катушек, ротор стремится занять такое
положение, когда разноименные полю-
са ротора и статора находятся друг на-
против друга. Для осуществления непре-
рывного вращения нужно включать фазы
попеременно. На практике двигатели с
постоянными магнитами обычно имеют
от 24 до 48 шагов на оборот (угол шага
7,5... 15°).
Разрез реального шагового двигате-
ля с постоянными магнитами показан
на рис. 4. Для удешевления конструк-
ции двигателя магнитопровод статора
выполнен в виде штампованного ста-
кана. Внутри находятся полюсные на-
конечники в виде ламелей. Обмотки
фаз размещены на двух разных магни-
топроводах, которые установлены друг
на друге. Ротор представляет собой
14
основы схемотехники
цилиндрический многополюсный посто-
янный магнит.
Двигатели с постоянными магнитами
подвержены влиянию обратной ЭДС со
стороны ротора, которая ограничивает
максимальную скорость. Для работы на
высоких скоростях используются дви-
гатели с переменным магнитным сопро-
тивлением.
Г ибридные двигатели
Гибридные двигатели являются бо-
лее дорогими, чем двигатели с посто-
янными магнитами, зато они обеспечи-
вают меньшую величину шага, больший
момент и большую скорость. Типичное
число шагов на оборот для гибридных
двигателей составляет от 100 до 400
(угол шага 3,6...0,9°). Гибридные дви-
гатели сочетают в себе лучшие черты
двух предыдущих типов двигателей.
Ротор гибридного двигателя имеет зуб-
цы, расположенные в осевом направ-
лении (рис. 5). Ротор разделен на две
части, между которыми расположен
цилиндрический постоянный магнит.
Таким образом, зубцы верхней полови-
ны ротора являются северными полю-
сами, а зубцы нижней половины - юж-
ными. Кроме того, верхняя и нижняя
половины ротора повернуты друг отно-
сительно друга на половину угла шага
зубцов. Число пар полюсов ротора рав-
но количеству зубцов на одной из его
половин. Зубчатые полюсные наконеч-
ники ротора, как и статор, набраны из
отдельных пластин для уменьшения
потерь на вихревые токи. Статор гиб-
ридного двигателя также имеет зубцы,
обеспечивая тем самым большое коли-
чество эквивалентных полюсов, в отли-
чие от основных полюсов, на которых
расположены обмотки. Обычно исполь-
зуются четыре основных полюса для
3,6-градусных двигателей и восемь ос-
новных полюсов для 1,8- и 0,9-градус-
ных двигателей. Зубцы ротора обеспе-
чивают меньшее сопротивление маг-
нитной цепи в определенных положе-
ниях ротора, что улучшает статический
и динамический момент. Это обеспечи-
вается соответствующим расположени-
ем зубцов, когда часть зубцов ротора
находится строго напротив зубцов ста-
тора, а часть - между ними. Зависи-
мость между числом полюсов ротора,
числом эквивалентных полюсов стато-
ра и числом фаз определяет угол шага
S двигателя:
S = 360/(Nph-Ph) = 360/N,
где Nph - число эквивалентных полю-
сов на фазу, равное числу полюсов ро-
тора; Ph - число фаз; N - полное коли-
чество полюсов для всех фаз вместе.
Ротор двигателя имеет 100 полюсов,
т. е. 50 пар (см. рис. 5), двигатель име-
ет две фазы, поэтому полное количе-
ство полюсов - 200, а шаг, соответ-
ственно, -1,8°.
Продольное сечение гибридного ша-
гового двигателя показано на рис. 6.
Стрелками показано направление маг-
нитного потока постоянного магнита ро-
тора. Часть потока проходит через по-
люсные наконечники ротора, воздушные
зазоры и полюсный наконечник статора.
Эта часть не участвует в создании мо-
мента. Как видно из рис. 6, воздушные
зазоры у верхнего и нижнего полюсного
наконечника ротора разные. Это дости-
гается благодаря повороту полюсных
наконечников на половину шага зубцов.
Поэтому существует другая магнитная
цепь, которая содержит минимальные
воздушные зазоры и, как следствие,
обладает минимальным магнитным со-
противлением. По этой цепи замыкает-
ся другая часть потока (на рис. 6 пока-
зана штриховой линией), которая и
создает момент. Часть цепи лежит в
плоскости, перпендикулярной рисунку,
поэтому не показана. В этой же плоско-
сти создают магнитный поток катушки
статора. В гибридном двигателе этот
поток частично замыкается полюсными
наконечниками ротора, и постоянный
магнит его “видит” слабо. Поэтому, в от-
личие от двигателей постоянного тока,
магнит гибридного двигателя невозмож-
но размагнитить ни при какой величине
тока обмоток.
Величина зазора между зубцами ро-
тора и статора очень небольшая - ти-
повая величина 0,1 мм. Это требует
высокой точности при сборке, поэтому
шаговый двигатель не стоит разбирать
ради удовлетворения любопытства,
иначе на этом его срок службы может
закончиться.
Чтобы магнитный поток не замыкал-
ся через вал, который проходит внутри
магнита, его изготавливают из немаг-
нитных марок стали. Они обычно обла-
дают повышенной хрупкостью, поэтому
с валом, особенно малого диаметра,
следует обращаться осторожно.
Для получения больших моментов
необходимо увеличивать как поле, со-
здаваемое статором, таки поле посто-
янного магнита. При этом требуется
больший диаметр ротора, что ухудша-
ет отношение крутящего момента к мо-
менту инерции. Поэтому мощные ша-
говые двигатели иногда конструктивно
выполняют из нескольких секций в виде
этажерки. Крутящий момент и момент
инерции увеличиваются пропорцио-
нально количеству секций, а их отно-
шение не ухудшается.
Существуют и другие конструкции
шаговых двигателей, например двига-
тели с дисковым намагниченным рото-
ром. Такие двигатели имеют малый
момент инерции ротора, что в ряде слу-
чаев важно.
Большинство современных шаговых
двигателей являются гибридными. По
сути, гибридный двигатель представля-
ет собой двигатель с постоянными маг-
нитами, но с большим числом полюсов.
По способу управления такие двигате-
ли одинаковы, и дальше будут рассмат-
риваться только они. Чаще всего на
практике двигатели имеют 100 или 200
шагов на оборот с шагом, соответствен-
но равным 3,6 или 1,8°. Большинство
контроллеров позволяют работать в
полушаговом режиме, где этот угол
вдвое меньше, а некоторые контролле-
ры обеспечивают микрошаговый ре-
жим.
Биполярные и униполярные
шаговые двигатели
В зависимости от конфигурации об-
моток двигатели делятся на биполяр-
ные и униполярные. Биполярный дви-
гатель имеет одну обмотку в каждой
фазе, которая для изменения направ-
ления магнитного поля должна перепо-
люсовываться драйвером. Для такого
типа двигателя требуется мостовой или
полумостовой драйвер с двухполярным
питанием. Всего биполярный двигатель
имеет две обмотки и, соответственно,
четыре вывода (рис. 7а). Униполярный
двигатель также имеет одну обмотку в
каждой фазе, но от середины обмотки
сделан отвод. Это позволяет изменять
направление магнитного поля, создава-
емого обмоткой, простым переключени-
ем половинок обмотки. При этом суще-
ственно упрощается схема драйвера.
Драйвер должен иметь только четыре
простых ключа. Таким образом, в уни-
полярном двигателе используется дру-
гой способ изменения направления
магнитного поля. Средние выводы об-
моток могут быть объединены внутри
двигателя, поэтому такой двигатель
может иметь пять или шесть выводов
(рис. 76). Иногда униполярные двига-
15
основы схемотехники
тели имеют четыре раздельные обмот-
ки, по этой причине их ошибочно назы-
вают 4-фазными двигателями. Каждая
обмотка имеет отдельные выводы, по-
этому всего их восемь (рис 7в). При
соответствующем соединении обмоток
такой двигатель можно использовать
как униполярный или как биполярный.
Униполярный двигатель с двумя обмот-
ками и отводами тоже можно исполь-
зовать в биполярном режиме, если от-
воды оставить неподключенными. В
любом случае ток обмоток следует вы-
бирать так, чтобы не превысить макси-
мальной рассеиваемой мощности.
Биполярный или униполярный?
Если сравнивать между собой бипо-
лярный и униполярный двигатели, то
биполярный имеет более высокую
удельную мощность. При одних и тех
же размерах биполярные двигатели
обеспечивают больший момент.
Момент, создаваемый шаговым дви-
гателем, пропорционален величине
магнитного поля, создаваемого обмот-
ками статора. Путь для повышения
магнитного поля - это увеличение тока
или числа витков обмоток. Естествен-
ным ограничением при повышении тока
обмоток является опасность насыще-
ния железного сердечника Однако на
практике это ограничение действует
редко. Гораздо более существенным
является ограничение по нагреву дви-
гателя вследствие омических потерь в
обмотках. Как раз этот факт и демонст-
Рис 7 Биполярный двигатель (а),
униполярный (б) и четырехобмоточный (в)
рирует одно из преимуществ биполяр-
ных двигателей. В униполярном двига-
теле в каждый момент времени исполь-
зуется лишь половина обмоток. Другая
половина просто занимает место в окне
сердечника, что вынуждает делать об-
мотки проводом меньшего диаметра. В
то же время в биполярном двигателе
всегда работают все обмотки, т. е. их
использование оптимально. В таком
двигателе сечение отдельных обмоток
вдвое больше, а омическое сопротив-
ление, соответственно, вдвое меньше.
Это позволяет увеличить ток в на вы-
ходе ОУ DA1 1 ->/2 раз при тех же поте-
рях, что дает выигрыш в моменте при-
мерно на 40%. Если же повышенного
момента не требуется, униполярный
двигатель позволяет уменьшить габа-
риты или просто работать с меньшими
потерями. На практике все же часто
применяют униполярные двигатели, так
как они требуют значительно более про-
стых схем управления обмотками. Это
важно, если драйверы выполнены на
дискретных компонентах. В настоящее
время существуют специализирован-
ные микросхемы драйверов для бипо-
лярных двигателей, с использованием
которых драйвер получается не слож-
нее, чем для униполярного двигателя.
Это, например, микросхемы L293E,
L298N и L6202 фирмы SGS-Thomson,
PBL3770, PBL3774 фирмы Ericsson,
NJM3717, NJM3770, NJM3774 фирмы
JRC, А3957 фирмы Allegro, LMD18T245
фирмы National Semiconductor.
Леонид Риди ко,
wubblick@yahoo.com
Продолжение следует
(Окончание, начало №4-5/2001)
Аналоговые
коммутаторы
6. Применение
аналоговых коммутаторов
6.1. Устройства выборки/хране-
ния
При сборе информации и ее после-
дующем преобразовании часто быва-
ет необходимо зафиксировать значе-
ние аналогового сигнала в
определенный момент времени. Неко-
торые типы аналогово-цифровых пре-
образователей, например последова-
тельного приближения, могут давать
совершенно непредсказуемые ошибки,
если их входной сигнал не зафиксиро-
ван во время преобразования. При сме-
не входного кода цифро-аналоговых
преобразователей из-за неодновре-
менное™ установления разрядов, на-
блюдаются выбросы выходного напря-
жения. Для устранения этого явления
на время установления также следует
зафиксировать выходной сигнал ЦАП.
Устройства выборки/хранения (УВХ),
выполняющие эту функцию, должны на
интервале времени выборки повторять
на выходе входной аналоговый сигнал,
а при переключении режима на хране-
ние - сохранять последнее значение
выходного напряжения до поступления
сигнала выборки.
Схема простейшего УВХ приведена
на рис. 15а. Когда ключ S замкнут, вы-
ходное напряжение схемы повторяет
входное, т. е. UBblx=UBX (рис. 156). При
размыкании ключа UBblx сохраняет свое
значение, последнее перед размыкани-
ем. Выходной повторитель на ОУ пре-
пятствует разряду конденсатора хране-
ния Схр на нагрузку схемы. Входное со-
16
основы схемотехники
противление повторителя должно быть
как можно больше, поэтому обычно
применяют ОУ с полевыми транзисто-
рами на входе.
Простейшая схема УВХ имеет ряд
недостатков:
•	при замкнутом ключе источник вход-
ного сигнала имеет значительную
емкостную нагрузку; если источни-
ком является ОУ, это обычно при-
водит к его самовозбуждению;
•	ОУ с полевыми транзисторами на
входе, применяемые в качестве бу-
ферных повторителей, имеют зна-
чительное смещение нуля.
Эти недостатки во многом устране-
ны в ИМС устройства выборки/хране-
ния LF398 (отечественный аналог -
1100СК2), которая в течение многих лет
была, по существу, промышленным
стандартом. Функциональная схема
этой ИМС приведена на рис. 16. Схема
имеет общую отрицательную обратную
связь, охватывающую всю схему - с
выхода усилителя ОУ2 на вход усили-
теля ОУГ
Когда коммутатор находится в замк-
нутом состоянии, потенциал выхода
ОУ,, вследствие действия общей отри-
цательной обратной связи, устанавли-
вается таким, что UBblx отличается от UBX
на величину напряжения смещения
ОУ,. При этом смещение, возникающее
из-за наличия коммутатора и ОУ2, сво-
дится к нулю. Диоды в этом состоянии
схемы заперты, так как падение напря-
жения на них, равное указанному сме-
щению, достаточно мало (менее 20 мВ).
При размыкании коммутатора управля-
ющим сигналом выходное напряжение
остается неизменным. Резистор R1 и
диоды предотвращают насыщение ОУ,,
которое могло бы возникнуть из-за раз-
мыкания общей отрицательной обрат-
ной связи в этом режиме. Это снижает
время переходного процесса при замы-
кании коммутатора. Усилитель ОУ1
обеспечивает высокое входное сопро-
тивление УВХ. Он выполнен по схеме с
биполярными транзисторами на входе,
что легко позволяет получить смеще-
ние нуля схемы в пределах 5 мВ. Рези-
стор R2 ограничивает ток заряда кон-
денсатора хранения.
К точностным характеристикам УВХ от-
носятся напряжение смещения нуля UCM,
определяемое практически смещением
нуля ОУ,, и дрейф фиксируемого напря-
жения при заданной емкости Схр равен
Дивых/Д^р/Схр-
где 1р - ток разряда конденсатора. Он
складывается из токов утечки конден-
сатора и коммутатора, а также входно-
го тока усилителя ОУ2.
При заданном токе утечки величину
дрейфа можно уменьшить путем уве-
личения емкости конден-
сатора Схр. Однако это
ухудшает динамические
характеристики схемы.
Динамические харак-
теристики УВХ:
1. Время выборки tB
определяет, как долго при
самых неблагоприятных
условиях длится процесс
заряда конденсатора
хранения до величины
входного напряжения с
заданным уровнем допуска. Это вре-
мя пропорционально емкости Схр. Пе-
ревод УВХ в режим хранения до окон-
чания интервала выборки чреват зна-
чительными ошибками.
2. Апертурная задержка ta - период
между моментом снятия управляющего
напряжения и фактическим запиранием
последовательного коммутатора.
В таблице 2 приведены основные ха-
рактеристики некоторых типов УВХ, вы-
пускаемых промышленностью.
6.2. Устройства на переключае-
мых конденсаторах
В последнее время наблюдается ис-
ключительно быстрый рост производства
и применения МОП-структур, имеющих
много преимуществ перед биполярными
схемами. У МОП-структур большой вход-
ной импеданс, и они управляются напря-
жением (в отличие от биполярных схем,
управляемых током). Комплементарные
МОП-структуры практически не потреб-
ляют мощности в статическом режиме.
Технология МОП-структур обеспечивает
большую плотность упаковки, чем у би-
полярных. Наконец, эта технология по-
зволяет простым способом реализовать
в ИМС конденсаторы относительно боль-
шой емкости. Такие МОП-конденсаторы,
в сочетании с МОП-ключами, позволяют
заменить резисторы в некоторых типах
ИМС и построить аналоговые вычисли-
тельные схемы со значительно лучшими
точностными и эксплуатационными ха-
рактеристиками. Замена резисторов кон-
денсаторами, в частности, позволяет
повысить точность аналоговых и анало-
го-цифровых устройств и уменьшить ко-
личество внешних элементов, подключа-
емых к микросхеме. В табл. 3 представ-
лены сравнительные характеристики
интегральных резисторов и МОП-конден-
саторов.
Высокая точность изготовления интег-
ральных МОП-конденсаторов и их ста-
бильность способствовали тому, что в
последние годы получили развитие спо-
собы обработки сигналов, использую-
щие явление дискретного переноса за-
рядов. Один из путей реализации этих
способов состоит в применении схем с
переключаемыми конденсаторами.
Рассмотрим реализацию аналогово-
го интегратора с применением пере-
ключаемого конденсатора. На рис. 17а
приведена схема обычного аналогово-
го интегратора. Передаточная функция
этой схемы имеет вид
1
K(s) = -
sR,C2 ’
а частотная характеристика
1
(1)
K(jco) = -
jcoR,C2 '
На рис. 176 показан интегратор, в ко-
тором резистор R1 имитируется с помо-
щью схемы с переключаемым конден-
сатором. Этот интегратор работает сле-
дующим образом. Коммутатор периоди-
чески переключается из положения 1 в
положение 2 и обратно с периодом Т. В
момент пТ конденсатор С1 заряжается
(2)
Таблица 2
Тип УВХ	Ucm, мВ	Дрейф, В/с	Время выборки, мкс	Апертурная задержка, нс	ипит, В	1потр> мА	Примечания
1100СК2	5	0,21	0,41’2	100	±15	4,5	Промышленный стандарт
SHC5320	1,5	0,51	1,51’3	25	±15	-	
AD9101	10	180004	7 нс	0,25	+5; -5,2	70	С верхб ыстродей- ствующее УВХ
AD781	3	0,014	0,63	35	±12	4	
AD684	4	14	13	35	±12	25	Счетверенное
Примечания: 1 Схр =1000 пФ; 2 до точности 0,1%; 3 до точности 0,01%; 4 встроенный конденсатор хранения
17
основы схемотехники
ключения значительного количества
точных резисторов (например, микро-
схема МАХ274 имеет 24 вывода; ее
типовая схема включения содержит 15
внешних резисторов).
Теперь о недостатках фильтров на
переключаемых конденсаторах. Такие
фильтры имеют два недостатка, кото-
рые обусловлены присутствием пери-
одического тактового сигнала. Первое
- это сквозное прохождение сигнала
тактовой частоты, а именно наличие
некоторого выходного сигнала (с напря-
до напряжения UBX(nT), поэтому накоп-
ленный на нем заряд составляет
С^^пТ). После переключения комму-
татора из положения 1 в положение 2 в
момент пТ+Т/2, конденсатор С1 разря-
жается на вход ОУ с конденсатором С2
в обратной связи. Поскольку входное
дифференциальное напряжение и вход-
ные токи идеального ОУ равны нулю,
конденсатор С1 разрядится полностью,
и его заряд сумм ируется с зарядом, на-
копленным на конденсаторе С2. В ре-
зультате, в момент (п+1)Т справедливо
следующее уравнение зарядов:
Таблица 3
Элемент	Технология изготовления	Точность изготовления, %	Температурный коэффициент, к-1-ю-6	Коэффициент влияния напряжения, в-1-ю-6
Резистор	Ионная имплантация с шириной 40 мкм	±0,12	400	800
Конденсатор	МОП с толщиной диэлектрика 0,1 мкм	±0,06	26	10
с2ивых1(п+1 )Л = С2ивых(пТ) - С^пТМЗ)
Здесь знак обусловлен отрица-
тельной обратной связью. Применив к
обеим частям уравнения (3) z-преобра-
зование, получим уравнение
zC2UBblx(z) = C2UBblx(z) - С,UBX(z). (4)
Определенная из этого уравнения
передаточная функция имеет вид
W(z) = UBblx(Z) =-----2l---
UBX(z) C2(z-1) '
(5)
Представляет интерес сравнение
свойств интеграторов, показанных на
рис. 17. Подставляя в (5) z=exp(jcoT), по-
лучаем
W(jco) =------
C2(ejr,T-1) ' (6)
При Т>0 выражение в скобках в зна-
менателе правой части уравнения (6)
приближается KjcoT. Таким образом, для
частот входного сигнала, низких отно-
сительно частоты переключения ком-
мутатора f=1/T, можно приближенно
записать
Схемотехника №6 июнь 2001
C2jcoT '
(7)
Сравнивая выражения (2) и (7), на-
ходим, что в схеме, изображенной на
рис. 176, коммутируемый конденсатор
имитирует входной резистор схемы,
показанной на рис 17а, с сопротивле-
нием, равным Т/С,. Поэтому, увеличи-
вая частоту переключения коммутато-
ра, мы уменьшаем эквивалентную по-
стоянную времени интегрирования ин-
тегратора.
Применение интеграторов с переклю-
чаемыми конденсаторами в ИМС филь-
тров вместо обычных интеграторов дает
два существенных преимущества. Во-
первых, коэффициент передачи интег-
ратора зависит только от отношения
емкостей двух конденсаторов, а не от
их абсолютных величин. Вообще гово-
ря, можно достаточно просто создать на
кремниевой подложке ИМС пару любых
однотипных согласованных элементов,
в то время как получение разнотипных
элементов (резистора и конденсатора)
с точными значениями и высокой ста-
бильностью весьма затруднительно
(различия температурных коэффициен-
тов сопротивления (ТКС) и емкости
(ТКЕ) могут быть значительными). По-
этому ИМС фильтров на переключае-
мых конденсаторах значительно дешев-
ле. Например, фильтр нижних частот 8-
го порядка на ИМС МАХ291 (переклю-
чаемые конденсаторы) стоит почти в 5
раз дешевле аналогичного фильтра на
двух ИМС МАХ270 (RC-интеграторы).
Второе преимущество фильтров на
переключаемых конденсаторах состо-
ит в возможности настройки их харак-
теристической частоты (т. е. централь-
ной частоты полосового фильтра или
точки -3 дБ фильтра нижних частот) с
помощью изменения только тактовой
частоты. Это объясняется тем, что ха-
рактеристическая частота фильтра,
построенного на основе метода пере-
менных состояния, пропорциональна
коэффициенту передачи интегратора
(или, другими словами, обратно про-
порциональна постоянной времени ин-
тегрирования). Это позволяет выпус-
кать фильтры 8-го порядка в корпусе с
восемью выводами без внешних время-
задающих элементов (например,
МАХ291), в то время как ИМС фильт-
ров с RC-интеграторами имеют значи-
тельно больше выводов и требуют под-
жением приблизительно от 10 до 25 мВ)
с частотой тактового колебания, напря-
жение которого не зависит от прикла-
дываемого входного сигнала. Чаще все-
го это не имеет существенного значе-
ния, поскольку этот сигнал значитель-
но удален от полосы, занимаемой об-
рабатываемым сигналом (обычно раз-
работчики ИМС задают частоту комму-
тации в 100 раз (реже в 50 раз) больше
характеристической частоты фильт-
ров). Если же такое сквозное прохож-
дение тактового сигнала нежелательно,
то для его подавления обычно исполь-
зуют простой ФНЧ первого или второго
порядка. В состав ИМС фильтров на
переключаемых конденсаторах обычно
включают неинвертирующий повтори-
тель, на котором может быть построен
такой фильтр.
Вторая проблема, более тонкого
свойства, связана с наложением спек-
тров. Любые компоненты входного сиг-
нала, которые отстоят по частоте от
частоты тактового сигнала на величи-
ну, соответствующую частотам полосы
пропускания, не будут подавлены. На-
пример, при использовании ИМС
МАХ291 в качестве ФНЧ с частотой сре-
за 1 кГц (при тактовой частоте в 100 кГц)
все спектральные компоненты входно-
го сигнала в диапазоне от 99 до 101 кГц
будут преобразованы в полосу частот
от постоянного тока до частоты 1 кГц.
Поэтому в случае, когда в спектре вход-
ного сигнала есть заметные компонен-
ты частот, близких к тактовой частоте,
на входе фильтра следует включить
простой фильтр нижних частот.
Георгий Волович,
g_volovich@mail.ru
18
основы схемотехники
(Продолжение. Начало - № 4-5/2001)
Микроконтроллеры? Это же просто!
Глава 2. Сопряжение микроконтроллера с про-
граммно управляемыми микросхемами
Подобно тому, как невозможно научиться плавать без прак-
тических уроков в бассейне, также невозможно освоить ра-
боту с микроконтроллерами без разбора практических при-
меров реализации тех или иных устройств. В настоящей
главе мы с вами рассмотрим, как нужно аппаратно сопря-
гать МК с микросхемами, имеющими, как иногда принято
говорить, интерфейс, ориентированный на микроконтрол-
леры. Также нам предстоит составить программы, которые
“оживят” эти схемы. Параллельно с этим мы начнем знако-
миться с командами, входящими в эти программы. Есте-
ственно, мы ближе познакомимся с конкретной версией про-
граммы ассемблер и с его помощью оттранслируем
написанные программы. В результате этого вы будете рас-
полагать некоторыми конкретными программами, в которых
будете понимать все, и базируясь на которых, сможете на-
чать писать самостоятельные программки, пусть для нача-
ла и примитивные, то есть у вас появятся какие-то мини-
мальные навыки в написании трансляции программ.
Сопряжение с параллельными АЦП
Одна из микросхем, наиболее часто используемых совме-
стно с микроконтроллером - это АЦП. Ничего удивительного
в этом нет - прежде чем как-то обработать и отобразить ка-
кой-то результат, его нужно ввести в МК в цифровой форме.
В настоящее время АЦП производят десятки фирм. АЦП
различаются по принципу преобразования, быстродействию,
разрядности, точностным параметрам, питающим напряже-
ниям, диапазонам входных напряжений, количеству кана-
лов - список этих параметров может быть продолжен еще
на десяток строк. Однако из всего их многообразия в дан-
ный момент нас интересуют лишь те, которые имеют отно-
шение к связи АЦП с МК. Вот их-то не так уж и много.
Во-первых, с точки зрения интерфейса АЦП делятся на
параллельные и последовательные. Первые после преобра-
зования передают микроконтроллеру все биты результата
одновременно, каждый по своей индивидуальной линии. Это
означает, что с 12-разрядным АЦП МК должен быть связан
минимум двенадцатью проводниками (реально - на три-пять
больше упомянутого числа за счет сигналов управления).
Последовательные АЦП связаны с микроконтроллером
всего тремя-четырьмя проводниками, независимо от их
разрядности. Биты результата оцифровки они передают пос-
ледовательно по одному проводнику (один за другим). Уп-
равление передачей микроконтроллер осуществляет по вто-
рому проводнику. Третий проводник, как правило, дает АЦП
команду на начало преобразования. Ясно, что последова-
тельные АЦП работают медленнее параллельных, но дос-
тигнутые ими предельные скорости преобразования и пе-
редачи информации достаточно высоки (многим 12- и
14-разрядным АЦП требуется менее 10 мкс на весь цикл
преобразования/передачи данных).
АЦП могут содержать некоторые внутренние регистры
(ячейки памяти разрядностью от 4 до 24 бит), в которые
микроконтроллер должен предварительно занести инфор-
мацию. К таким АЦП относятся, к примеру, многоканальные
преобразователи - микроконтроллер должен сообщить АЦП,
какой из его каналов должен преобразовывать информа-
цию. При работе с такими микросхемами МК не только чи-
тает информацию, но и записывает ее в АЦП при помощи
соответствующих сигналов. Подобные преобразователи,
естественно, сложнее простых, не требующих записи в них
управляющих слов (заносимую микроконтроллером в подоб-
ные микросхемы информацию программисты обычно назы-
вают управляющими словами), поэтому на первом этапе мы
исключаем подобные сложные микросхемы из нашего рас-
смотрения и вернемся к ним попозже.
Остальные характеристики - какими сигналами управля-
ется АЦП, какова полярность этих сигналов, каковы привяз-
ки к их фронтам и спадам, задержки и т. д. - не столь принци-
пиальны. Эту информацию, имеющуюся в datasheet’e на
конкретную микросхему, вы должны держать перед собой при
разработке аппаратного сопряжения и программы для МК.
Перейдем теперь к конкретному примеру, в качестве ко-
торого я предлагаю сопряжение с МК 12-разрядного парал-
лельного АЦП AD7880 фирмы Analog Devices (рис. 5). Года
четыре назад это был чуть ли не единственный АЦП, требо-
вавший всего одно питающее напряжение 5 В и потребляв-
ший при этом относительно небольшой ток (менее 10 мА).
Почему я выбрал именно этот АЦП? Когда-то я с ним рабо-
тал, и программы, которые мы с вами будем анализировать,
были тогда отлажены и не содержат ошибок.
Коль скоро АЦП параллельный 12-разрядный, с микрокон-
троллером он должен быть соединен 12 линиями данных, по
которым в последний будут одновременно переданы все
12 бит результата. Добавим, что для организации обмена АЦП
AD7880 использует еще четыре сигнала управления -
CONVST, CS, RD (входы АЦП) и выход BUSY (кстати, его мож-
но и не использовать, в чем мы убедимся ниже). Кроме того,
на вход CLKIN АЦП нужно подать тактовую последователь-
ность с частотой до 2,5 МГц и отношением длительности еди-
ничного уровня к длительности нулевого в пределах от 0,4:0,6
до 0,6:0,4. К сожалению, хотя рассмотренный нами ранее
сигнал ALE микроконтроллера имеет подходящую для дан-
ного случая частоту (в 6 раз меньшую, чем частота кварцево-
го резонатора, т. е. 2 МГц для 12-мегагерцового кварца), скваж-
ность этого сигнала составляет 33%. Поэтому на вход CLKIN
АЦП нужно подать 1...2-мегагерцовую тактовую последова-
тельность с отдельного генератора.
Как отмечалось, АЦП с МК должны связывать 15 или 16
проводников. Фактически мы будем вынуждены целиком за-
действовать два из 4- и 8-разрядных порта ввода/вывода МК.
В принципе мы можем использовать для этого любые линии
любых портов, но удобнее взять линии портов Р1 и Р2 или Р1
и РЗ. Остановимся на втором варианте (рис. 5), поскольку в
имеющихся у меня аппаратных средствах отладки порты Р0
и Р2 заняты - они используются для связи с компьютером.
Работает AD7880 следующим образом. В начальный мо-
мент времени на всех ножках, соединенных со входами уп-
равления АЦП, микроконтроллер должен установить еди-
ницы. Для запуска преобразования на CONVST необходи-
мо подать отрицательный импульс. Перепад на нем из 0 в 1
при единичных уровнях сигналов на CS и RD запускает цикл
преобразования. В течение примерно 20 мкс АЦП (при так-
товой частоте 2 МГц) оцифровывает сигнал и заносит его в
свой выходной регистр. В это время он удерживает нулевой
уровень на своем выходе BUSY, и по состоянию этого сигна-
ла МК может определить, завершил ли АЦП преобразова-
ние, или нет. Кстати, если по каким-либо причинам не воз-
можно анализировать сигнал BUSY, можно просто отсчитать
20 мкс после подачи сигнала старта преобразования - за
это время оно завершится.
После завершения, когда BUSY вернется в состояние
логической 1, данные могут быть считаны из АЦП. С этой
целью М К должен установить в 0 сначала сигнал на входе
CS, а затем - на RD. Примерно через 75 нс после установки
RD в 0 на выходах данных DB0-DB11 АЦП появится резуль-
тат преобразования. МК должен считать его, после чего вер-
нуть вначале RD, а затем CS в исходное состояние (логи-
ческой 1), и на этом цикл завершается. Все вышесказанное
иллюстрируется рис. 6.
19
основы схемотехники
Итак, схема соединения АЦП AD7880 с МК составлена и
описан алгоритм работы. Теперь самое время перейти к рас-
смотрению программы, которая и реализует описанный ал-
горитм.
Программа работы с параллельными АЦП
; НАЧАЛО ПРОГРАММЫ ЧТЕНИЯ АЦП AD7880,
/ РАБОТАЕМ С ПОРТАМИ Р1 И РЗ, CS - РЗ.7
/ RD
РЗ.6 , CONVST = Р3.5.
CS
RD
CONVST
.EQU P3.7
.EQU P3.6
.EQU P3.5
MOV
ТАНОВКА
MOV
Р1,#11111111В
РЗ,#11111111В
/НАЧАЛЬНАЯ УС-
L7880:
/СОБСТВЕННО ЧТЕНИЕ
грамму, мы знаем, зачем мы поставили ту или иную коман-
ду или последовательность команд. Но, отложив ее в сто-
рону, спустя месяц мы с удивлением обнаруживаем, что не
можем вспомнить, что и зачем мы написали в лежащей пе-
ред глазами программе. Именно для этого и нужны коммен-
тарии - понять, где начало программы, что она делает, что
делает в ней та или иная команда. Настоятельно рекомен-
дую не лениться и писать комментарии как можно подроб-
нее - это сэкономит вам немало времени и нервов.
Иногда после точки с запятой ставят пустую строку, без
комментариев - наличие пустых строк позволяет разбить
программу на логически самостоятельные куски, что повы-
шает читаемость текста программы. Кстати, обратите вни-
мание, что точка с запятой (и с последующим комментари-
ем) может стоять не только в начале строки, но и в середине
ее, после той или иной команды - такой комментарий отно-
сится к конкретной команде, а не к последовательности ко-
манд (последнее называется фрагментом программы).
После такого вступления перейдем к описанию команд,
входящих в анализируемую программу.
CLR
ВАНИЯ
SETB
CONVST /ИМПУЛЬС СТАРТА ПРЕОБРАЗО-
CONVST
Схемотехника №6 июнь 2001
NOP
НИЯ
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
CLR
CLR
CS
RD
/ЗАДЕРЖКА НА ВРЕМЯ ПРЕОБРАЗОВА-
CS
RD
CONVST
.EQU P3.7
.EQU P3.6
.EQU P3.5
Эти три строки сообщают ассемблеру, что везде, где он
встретит имена CS, RD и CONVST, он должен подставлять
вместо них линии портов Р3.7, Р3.6 и Р3.5 соответственно.
В принципе, мы могли бы этого не делать, и везде в про-
грамме писать имена выбранных линий (Р3.7, Р3.6, Р3.5).
/ cs=o
/ RD—О
MOV
ТА Р1
MOV
R4
А, Р1
МЛ.И СР.
R4, А
MOV
ТА РЗ
MOV
ЗУЛБТАТ
ст.
SETB
1
SETB
SJMP
/ЧИТАЕМ ИЗ ПОР-
ТЕТРАДЫ
/ СОХРАНЯЕМ ИХ В
А, РЗ
ТЕТРАДУ
R5, А
RD
CS
L7880
; ЧИТАЕМ ИЗ ПОР-
/В R5R4
/УСТАНОВКА RD В
/УСТАНОВКА CS В
РЕ —
1
/ ЗАЦИКЛИВАНИЕ
Давайте разберемся с тем, что в ней присутствует. Пер-
вое, на что я рекомендую обратить внимание - это на то,
что некоторые строки начинаются с точки с запятой (;). За-
помните, во всех ассемблерах все, что записано после точ-
ки с запятой вплоть до конца текущей строки - это коммен-
тарии, которые ассемблер при трансляции вашей
программы в контроллерные коды пропускает. Зачем же они
тогда нужны? Для нас. В тот момент, когда мы пишем про-
CONVST
BUSY
CS
RD
DB11-DB0
ДАННЫЕ
Рис. 6
20
основы схемотехники
Но я не рекомендую привыкать работать таким образом.
Предположим, что завтра вам придется перенести этот фраг-
мент в другую программу, а там линия Р3.7, будет уже заня-
та другим устройством, и сигналом CS должна будет управ-
лять другая линия порта, например Р3.2. В таком случае
вам придется в этой программе самостоятельно найти все
места, где упомянута Р3.7, и везде заменить ее на Р3.2.
Подобная операция - один из основных источников оши-
бок. В то же время, если в начале программы есть строки,
подобные трем вышеупомянутым, то достаточно заменить
Р3.7 на Р3.2 в первой из них, и дальше ассемблер осуще-
ствит требуемую замену самостоятельно, причем без оши-
бок. Есть еще аргументы в пользу работы с использовани-
ем подобных строк, но даже и без них, как мне кажется, ясна
выгода использования в программе имен (CS, RD, CONVST)
вместо явного указания закрепленных за ними линий.
MOV	Р1,#11111111В
MOV	РЗ,#11111111В
Приведенные команды записывают в выходные буферы
всех линий портов Р1 и РЗ единички. При этом, первая циф-
ра, идущая после символа #, соответствует информации,
заносимой в буфер линии (иногда говорят - разряда) Р1.7
(или Р3.7 соответственно), следующая за ней - информа-
ции, заносимой в буфер Р1.6 (Р3.6), и т. д. Естественно, пос-
ледние цифры соответствуют буферам младших разрядов
(Р1.0 и РЗ.О). Если бы нам нужно было занести в Р1.7, Р1.5,
РЗ.З и Р3.1 нули, а в остальные - единицы, то соответству-
ющие команды выглядели бы так:
MOV Pl,#01011111В
MOV РЗ,#11110101B
Кстати, ассемблер вполне бы понял, если бы мы вместо
#01011111В написали бы #5FH или #95 - все три записи
соответствуют одному и тому же числу (равно как и
#11110101 В, #0F5H и #245). Но в данном случае шестнад-
цатеричное и десятичное представления числа менее на-
глядны, чем двоичное - в последнем случае сразу видно,
какой бит установится в 0, а какой в 1.
Еще один момент, на который обязательно нужно обра-
тить внимание - по правилам ассемблера для МК х51 пе-
ред числом обязательно должен стоять знак #. Запись
MOV Pl,#10101101В
означает, что в порт Р1 нужно занести число 00101101В (45
дес.), в то время как
mov pi,10101101В
(то же, но без знака #) - что в Р1 нужно занести содержимое
ячейки памяти с адресом 00101101В (45 дес.). В ячейке же
может храниться любое число, от 0 до 255, и поэтому в порту
Р1 после выполнения команды MOV Р1,10101101В все
линии, к примеру, могут оказаться зануленными (если в ячейке
хранится нуль), хотя мы подразумевали, что в результате
выполнения команды записи в порт числа 45 дес. занулятся
только его первый, четвертый и шестой разряды, а осталь-
ные окажутся в единичном состоянии. Так что старайтесь не
забывать ставить знак # перед числами, а если в какой-то
момент обнаружите, что забыли, то не переживайте очень
уж сильно, это одна из самых распространенных ошибок у
программистов, пишущих на ассемблере для х51.
Зачем устанавливаются в 1 выходные буферы портов Р1 и
РЗ? Все линии порта Р1 и младшие 4 порта РЗ мы использу-
ем как входы для ввода в МК результата оцифровки, поэтому
их, как я отмечал выше, нужно установить в единицы для
предотвращения конфликтов на линиях. Линии Р3.7, Р3.6,
Р3.5 в соответствии с приведенным выше алгоритмом рабо-
ты мы также до начала работы мы должны установить в 1. Ну
а Р3.4 мы устанавливаем в 1 за компанию с остальными.
Идем далее.
CLR	CONVST;ИМПУЛЬС СТАРТА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
SETB	CONVST
Г
Напомню, что идущей чуть ранее строчкой (см. программу)
CONVST.EQUP3.5 мы сообщили ассемблеру, что пятый раз-
ряд порта РЗ мы назвали CONVST (поскольку он управляет
одноименным входом АЦП). Команда CLR CONVST пред-
писывает микроконтроллеру установить в 0 (сбросить, стереть)
этот разряд. Соответственно SETB CONVST предписывает
установить его в 1. Последовательно идущие друг за другом,
эти две команды сформируют на выводе Р3.5 импульс отри-
цательной полярности. Собственно, именно это нам и нужно
было для того, чтобы запустить цикл преобразования АЦП.
Дальше идут одна за другой 20 команд NOP. Команда NOP -
это так называемая пустая операция, которая предписывает
процессору ничего не делать и переходить к выполнению сле-
дующей за ней команды. На первый взгляд может показаться,
что она абсолютно бессмысленна. Однако надо принять во
внимание, что она выполняется (если так можно сказать о ко-
манде, при исполнении которой, простите за каламбур, ничего
не выполняется) в течение ровно 1 мкс при тактовой частоте
МК 12 МГц. Двадцать идущих подряд команд NOP МК будет
выполнять, как нетрудно сосчитать, ровно 20 мкс, в течение
которых ни на одном из его портов и ни в одной из его ячеек
памяти ничего не изменится. Другими словами, этот фрагмент
-задержка на 20 мкс, в течение которых АЦП AD7880 гаранти-
ровано осуществит преобразование. Использование NOP для
реализации задержек - одно из наиболее распространенных
ее применений. Правда, много идущих одна за другой команд
NOP - не самый красивый способ создания задержек, но он
безотказно работает, и на первых порах, пока вы не научитесь
более изящным способом формировать задержки нужной дли-
тельности, смело используйте NOP.
CLR CS ;CS=0
CLR RD ;RD=0
Г
Этот фрагмент, надеюсь, очевиден: установка в 0 сигна-
ла CS, а за ним и RD (соответственно линий Р3.7 и Р3.6).
Через 75 нс после того, как сигнал на входе RD АЦП уста-
новился в 0, на его выходах DB11-DB0 появится результат
преобразования. Микроконтроллер считает результат сле-
дующим образом:
MOV ТЕТРАДЫ MOV	A, Pl R4, А	; ЧИТАЕМ ИЗ ПОРТА Р1 МЛ. И СР. /СОХРАНЯЕМ ИХ В R4	
MOV	А,РЗ	;ЧИТАЕМ	ИЗ ПОРТА РЗ СТ. ТЕТРАДУ
MOV	R5, А	;В R5R4	- РЕЗУЛБТАТ
Первая команда предписывает микроконтроллеру перене-
сти данные из порта Р1 в аккумулятор (мы уже упоминали о
нем). Вторая переносит эти данные из аккумулятора в другой
регистр, который называется R4. В результате этого млад-
шие 8 бит результата “осядут” в регистре R4. Ну а после вы-
полнения следующих двух команд старшие биты результата
попадут, как вы, наверное, уже догадались, в регистр R5.
Остановимся на время для того, чтобы сделать лиричес-
кое отступление. Пока еще мы подробно не знакомились с
внутренним устройством микроконтроллера, поэтому вы еще
почти ничего не знаете о его регистрах. Это знакомство у
нас еще впереди, хотя уже и не за горами. Сейчас же, чтобы
не терять нить рассуждения, постарайтесь запомнить, что
внутри МКесть 8-разрядный регистр-аккумулятор (или про-
сто аккумулятор) и восемь 8-разрядных регистров общего
назначения, которые называются R0, R1, ..., R6, R7. 8-раз-
рядные - это значит, что в них можно записывать числа дли-
ной до 8 двоичных разрядов, т. е. от 00000000В до 11111111В,
21
основы схемотехники
или от 0 до 255 дес.. Команды МК позволяют осуществлять
разнообразные действия с данными, находящимися в упо-
мянутых регистрах. Какие конкретно - мы узнаем в ходе
постепенного знакомства с системой команд МК.
Если вы обратили внимание, в вышеупомянутых коман-
дах перемещения данных после самой команды MOV запи-
саны через запятую и тот регистр, куда нужно перенести
данные, и тот, откуда их нужно взять. Так вот, во всех ассем-
блерах существуют свои правила, какой из регистров дол-
жен быть записан первым (приемник данных или их источ-
ник), а какой - вторым. Запомните, что в ассемблере х51
после самой команды всегда первым записывается ре-
гистр, куда нужно поместить данные (регистр-приемник),
а за ним через запятую - регистр, откуда их нужно из-
влечь (регистр-источник). Перенести данные из регистра
R2 в аккумулятор-это MOV A,R2, но никак не MOVR2, А.
Постарайтесь это хорошо запомнить.
Итак, вернемся к нашим баранам. Данные прочитаны из
АЦП в регистры R4 и R5 микроконтроллера. Теперь с ними
можно сделать все, что угодно - преобразовать, отобразить,
вывести в ЦАП и т. д. Правда, сигналы CS и RD все еще
сохраняют нулевые уровни. Для завершения операции чте-
ния их нужно вернуть в единичное состояние. Делается это,
как нетрудно догадаться, при помощи команд
SETB RD /УСТАНОВКА RD В 1
SETB CS /УСТАНОВКА CS В 1
Переходим к последней команде
SJMP L7880
/ЗАЦИКЛИВАНИЕ
Она возвращает микроконтроллер к выполнению той час-
ти программы, которая идет после метки L7880. Меткой на-
зывается слово обычно не более чем из 8 символов, начи-
пающееся с буквы и заканчивающееся двоеточием. Такая
метка (L7880:) присутствует в программе перед командами,
формирующими импульс старта преобразования. Следова-
тельно, рассматриваемая команда вернет МК к формиро-
ванию импульса старта преобразования, выполнению задер-
жки 20 мкс и т. д., словом, к повторному исполнению
оцифровки сигнала и считывания результата микроконтрол-
лером до того момента, пока мы не отключим от схемы пи-
тание. Другими словами, мы таким образом зацикливаем
программу, что и отражено в соответствующем коммента-
рии.
Итак, мы разобрали первый пример - как связать микро-
контроллер с АЦП параллельного типа, и какими команда-
ми заставить МК запустить преобразование в АЦП и счи-
тать во внутренние регистры микроконтроллера его
результат. Как видите, в этом нет ничего недоступного. Сфор-
мировать на входе CONVST АЦП AD7880 отрицательный
импульс, выждать 20 мкс и сформировать после этого еще
2 импульса на входах CS и RD оказалось при помощи мик-
роконтроллера гораздо проще, чем сделать узел на диск-
ретных элементах, формирующий все эти сигналы в нужной
последовательности и с нужными длительностями. Для фор-
мирования импульсов на выводах МК есть замечательные
команды CLR х.у и SETB х.у (х=0-3, у=0-7). Выполняя пер-
вую, мы устанавливаем соответствующую линию соответ-
ствующего порта в 0, а второй командой - устанавливаем
ее в 1. Вставляя между ними некоторое количество команд
NOP, мы можем изменять длительность этого импульса. И
все, никаких мультивибраторов, времязадающих емкостей,
инверторов для согласования фазировки сигналов. Словом,
вы не зря захотели научиться работать с микроконтролле-
рами.
Александр Фрунзе,
alex.fru@mtu-net.ru
Продолжение следует
Программаторы "Стерх"
ЭЛЕКТРОННЫЕ
КОМПОНЕНТЫ
Департамент Микроэлектроники
0 Универсальный программатор ST-011
-	программирование более 500 типов BPROM, E2PROM,
FLASH, SerialE2PROM, MPU/MCU, PAL, PLD производства
Россия, Altera, AMD, Intel, Microchip, National, Philips,
Siemens, SST,<SGS-Thomson, Tl, Winbond, Zilog и др.
-	одна универсальная DIP40 иди DIP42 ZIF-панель
-	определение правильности установки микросхем
-	идентификация производителя и типа микросхемы
-	быстродействующая защита от перегрузок
-	встроенный источник питания
- RS-232 со скоростью обмена до 115 кбод
-	программное обеспечение <? русскоязычным
интерфейсом и поддержкой «мыши»
-	программное обновлениеверсий через Internet
-	дополнительно: адаггп ы для микросхем в корпусах
PLCC, SOP и др.
□ ANALOG Недорогие экономичные
DEVICES ЦАП серии AD53xx
ANALOG
DEVICES
ток потребления 100мкА/50нА
TRACO
POWER

роуямв
Схемотехника №6 июнь 2001
И УФ-излучатель UV-01
- устройство стирания микросхем EPROM:
таймер до 99 мин, звуковая сигнализация^ г
до 16 микросхем одновременно.
Более подробную информацию об изделиях и последние
версии ПО можно найти на нашем WWW-cepeepe:
http://www.sterh.com
Изготовитель: НПО «БОНД» г. Бердск
9 (38341) 5-15-62, E-mail: pprog@bond.nsk.su
Москва:	«Точка Опоры»	9 (095)956-39-42/43
Санкт-Петербург: «ЭФО»	9 (812)247-89-00
Екатеринбург:	«Институт радиотехники» 9 (3432)74-58-61
CLARE
						
I Михреск ыа	Разрядность, !>*	Кол-яс ЦАП на nfwiye	Bps	Интерфейс	Цмм в мртин ргИИмжсНДС изо	
ADsaoonooo		1			2.D1/2T3MD3	/1Х1СОМ
	ело/12	Т	ЫПВ	|’с	2 2&I315/4F4	
	мои*	2	6Л/8		3.15/7В&Б.85	А
АОМОУИЩ	BJI0/12	2	6/7/8	SPI	3.7Brt.EW7-Ze	
AD53MT14T4	№»Л2	4	В 77/8	SPI	длдомл	
HhNTRuNIXi
аизоыжи	мош	4	8J7W	fc	S.CB/6 м/li БЗ	
AD5307/17/77	ВЛ D/12	4	Б/П8	SPJ	5 О&Ч МП1.Ю	Honeywell
	В/10/12/12	1	6 /7/8/8	парвлл	ИЗД 19/5 2*/4 85	
Л.0бзз2/зз/42/43	ВЛ 0/1ZM 2	2	8/7/8/3	парагл.	4.76/4.8516.0717.53	SII •*
АОИМОКМШ	ВЛ 0/10/12	4	6/7/7/8	падали	Й.41/В.32Ж.4Б112.83	
ЗАО “АРГУССОФТ Коыпанн*
Наш адрес : 1M0S5, Москва, Проспект Мира Й5	И mwffnffi
V Тел : (095J 217 24S7 217'2519, 217 2505 Факс (D95J 215-65-42 ;
Интернет /W#	вттЛ
22
основы схемотехники
(Окончание, начало в №3-5/2001)
Основы схемотехники
жидкокристаллических
дисплеев
3.3. Экономичное управление све-
тодиодной подсветкой ЖКИ в ба-
тарейных приборах
Обычно, светодиоды в модуле све-
тодиодной подсветки включены попар-
но-последовательно. Модули светоди-
одной подсветки (если это не оговорено
особо) рассчитаны на использование в
модулях ЖКИ, имеющих питание +5 В.
Предполагается, что светодиодная под-
светка будет питаться от этой же цепи
питания. Мини-
S. Некоторые практические
аспекты использования ЖКИ
3.1. Регулировка контраста
в модулях ЖКИ
В низкомультиплексных ЖКИ под-
стройка контраста обеспечивается ре-
гулировкой напряжения Uadj. Для этих
целей применяется обычный подстро-
ечный резистор. Но, как правило, в
большинстве готовых изделий на осно-
ве ЖКИ используется фиксированная
установка контраста, и пользователю
недоступна его регулировка.
При использовании модулей на ос-
нове драйверов-контроллеров
HD44780 иногда требуется проводить
не столько регулировку контраста,
сколько изменение в определенных
пределах угловой контрастной харак-
теристики. Это необходимо, в первую
очередь, для приборов, имеющих вер-
тикальную переднюю панель, на кото-
рой находится ЖКИ. При эксплуатации
прибор может быть установлен пользо-
вателем на разных уровнях по верти-
кали, при этом, изменится угол обзора
ЖКИ. Большинство современных при-
боров (измерительная техника, теле-
коммуникационная аппаратура), ис-
пользующих микроконтроллеры или
сигнальные процессоры, имеют пе-
реднюю панель, содержащую сим-
вольный ЖКИ или матричный ЖКЭ, а
также функциональную клавиатуру. Ре-
гулировка контраста ЖКИ в таких при-
борах производится пользователем с
помощью функциональной клавиатуры
в специальном сервисном разделе
пользовательского меню. Изменение
уровня напряжения при регулировке
контраста, как правило, проводится
при использовании ШИМ (программно
или аппаратно) или же посредством
цифрового подстроечного резистора
фирмы Dallas Semiconductor. На схе-
ме (рис. 31) вместо кнопки можно ис-
пользовать логические выходы микро-
схемы.
3.2. Формирование напряжения
питания драйверов матричных
ЖКЭ
Для питания драйверов матричных
ЖКЭ требуется уровень напряжения до
45 В. Причем существуют драйверы, у
которых для питания выходных фор-
мирователей используется как отрица-
тельное, так и положительное напря-
жение. Для формирования напряже-
ний питания ЖКЭ из напряжения пи-
тания батарей или аккумуляторов, в
портативных приборах используются
специализированные микросхемы
преобразователей напряжений. Такие
преобразователи выпускают, напри-
мер, фирмы MAXIM (МАХ1620/1621) и
Linear Technology. Реализация источ-
ника питания для ЖКЭ на основе пре-
образователя LT1107 показана на
рис. 32.
16В
ЮмкФ "Т"
Vbatt
4...16В
vlN —
3...12В
100К
30
16В =!=
ЮмкФ

И
Lin
SW1
VlN
FB
LT1107CS8
___АО SET
SW2 GND
1N5819 или MBRS140
1N4148
5В
Контраст
мальное напряже-
ние, при котором
будет работать
светодиодная под-
светка,-около 4,1
В. Обязательно
рекомендуется ус-
танавливать в
цепь питания пос-
ледовательно ог-
раничительный
резистор. Номи-
нальный ток под-
светки находится
в диапазоне 30...
100 мА и опреде-
ляется энергети-
ческими возмож-
ностями прибора.
При использовании светодиодной под-
светки в широком температурном диа-
пазоне следует учитывать резкое ухуд-
шение светоотдачи светодиодов при
низкой температуре. Рекомендуется ис-
пользовать в цепи питания термоком-
пенсационный регулятор, как показано
на рис. 33.
Другая проблема может возникнуть
при использовании светодиодной под-
светки в приборах с батарейным пита-
50мкГн
С1
22мкФ
D2
С2
22мкФ
Vo
юок
С1
22мкФ D4
D3

0,01 мкФ
1.43М
С4
-v0
ЮОК
22м кФ
2,32М
. ЮК
ЮОК
Рис. 32. Реализация схемы формирователя напряжения для питания драйверов
матричных ЖКЭ
23
основы схемотехники
Схемотехника №6 июнь 2001
нием, например при питании от двух
батарей типа АА. Запитать светодиод-
ный модуль непосредственно от бата-
рей невозможно - мало напряжение.
К тому же, общее напряжение первич-
ного источника составляет 3 В и может
понизиться в процессе работы до 2 В.
В таких приборах для питания контрол-
лера и модуля ЖКИ (например,
PowerTip PG12232ERS-BNN-H) можно
использовать широко известный
Charge Pump DC/DC-конвертор типа
МАХ619. Конвертор содержит цепь
Shutdown, что позволяет производить
программно управляемое выключение
питания (например, автовыключение по
таймауту). Конвертор обеспечивает
рабочий ток около 15 мА для питания
микроконтроллера, модуля ЖКИ и, на-
пример, аналоговых цепей датчиков.
Получить от вторичного источника +5 В
ток 30-90 мА для светодиодной под-
светки будет нереально. На рис. 34
предлагается вариант питания светоди-
одной подсветки, испытанный на прак-
тике, который обеспечивает достаточ-
но эффективное использование огра-
ниченной энергии батарей.
Схема представляет собой два пос-
ледовательных источника: батарея
(2,2...3 В) и Charge Pump инвертор, об-
разующий источник отрицательного
напряжения, соответственно, на -3...
-2,2 В. Суммарное напряжение, обра-
зуемое двумя источниками, составля-
ет 4,4...6 В. R16 - токоограничиваю-
щий резистор, но, по сути, он стоит для
страховки, поскольку при возрастании
тока у емкостного преобразователя
падает выходное напряжение. Нагру-
зонная способность
преобразователя в
режиме инвертора
составляет до
100 мА. Изменяя
номинал конденса-
тора С13, можно
управлять величи-
ной предельного
тока. Вместо кноп-
ки “Ручная подсвет-
ка” можно поста-
вить транзистор-
ный ключ, который
будет включать
подсветку в соот-
ветствии с алгоритмом, выбранным
пользователем.
3.4.	Реализация источника отри-
цательного смещения для модулей
ЖКИ
В качестве источника отрицательно-
го напряжения (-1...-5 В) можно ис-
пользовать микросхему Charge Pump
инвертора любого производителя
(МАХ660 или AD8660) или же поставить
свой недорогой инвертор на дискретных
компонентах, например такой, который
показан на рис. 35. В качестве частот-
ного сигнала используется сигнал 2 кГц,
который уже существует в схеме как
тактовый для работы контроллера ЖКИ
(SED1520).
Резистором R8 производится на-
стройка оптимального контраста. Необ-
ходимость настройки вызвана тем, что
даже в однотипных ЖКЭ (от разных про-
изводителей или просто из другой
партии того же производителя) могут
быть использованы ЖК-материалы с
различными пороговыми напряжения-
ми. Настройка производится только в
процессе настройки прибора и пользо-
вателю недоступна.
3.5.	Источники питания для мо-
дулей электролюминесцентной
подсветки ЖКИ
Компанией Sipex совсем недавно
разработана уникальная компактная
микросхема драйвера электролюми-
несцентных панелей для подсветки
ЖКИ в корпусе DIP-8 или SOIC-8. Мик-
росхема обеспечивает формирование
переменного напряжения амлитудой до
95 В при питании в диапазоне входных
напряжений 1,5.. .6 В. В качестве допол-
нительных компонентов требуется ком-
пактный дроссель (с достаточно высо-
ким сопротивлением ( 8...12 Ом) и за-
дающий частоту выходного напряжения
конденсатор. Драйвер может обеспечи-
вать питание электролюминесцентных
панелей, имеющих рабочие площади
от единиц до нескольких десятков см2.
На рис. 36 показана типовая схема
включения драйвера SP4423.
Рис. 36. Использование драйвера
SP4423 для питания модулей
электролюминесцентной подсветки ЖКИ
Выбор номиналов для компонентов L
и Cose определяется, исходя из необ-
ходимой мощности для подсветки, уров-
ня питающего напряжения Vdd, площа-
ди панели, выбора рабочей частоты и
амплитуды напряжения возбуждения.
Подробно с характеристиками драй-
вера можно ознакомиться, посетив сайт
компании Sipex www.sipex.com, раз-
дел “Драйверы для люминесцентных
панелей подсветки ЖКИ”.
3.6.	Схемотехника преобразова-
телей напряжения для люминес-
центных ламп с холодным катодом
Преобразователь напряжения для
люминесцентной лампы с холодным
катодом (рис. 38) представляет собой
автогенератор, работающий на частоте
24
основы схемотехники
DriverIC	Vbat	OscCap	Lampf	Eout/pp	Idd Ave	Light Out
SP4428	5B	271 пФ	240Гц	150B	75mA	5,4FtL
Рис. 37. Практическая схема применения драйвера SP4428 с ЭЛ панелью рабочей
площадью 14 дюймов
Литература
1.	Р. М. Alt and PPIeshko, IEEE
trans.ED.,volED-2, pp146-155 1974
2.	PCF 8576C Universal LCD driver for low
multiplex rates. Data Sheet. Philips 1998 Jul 30.
3.	PHILIPS Data Handbook “Liquid Crystal
Displays” Semiconductors Book S14 1987.
4.	E. А. Иванюта, H. И. Климович, В. A.
Кособрюхов. Микросхема КР1820ВГ1 для
управления мультиплексным ЖК-индика-
тором. “Микропроцессорные средства и
системы” №3 1990, стр.4-6.
5.	SED1520 CMOS Dot Matrix LCD Driver.
Data sheet and Design Guide. S-MOS System,
Inc.
6.	HD44780U Dot Matrix Liquid Crystal
Display Controller/Driver. HITACHI ADE-207-
272 99’9 Rev 0.0.
7.	Terry Scheffer, Jurgen Nehring
“Supertwisted-nematic (STN) LCDs” Seminar
M-2 SID-95
8.	T. N.Ruckmongathan Addressing
Techniques for RMS Responding LCDs - A
Review, pp77-80 Japan Display '92
1
2
до 6 мА
2,2мкФ
35В
16
15
35-40 кГц. В момент запуска на выходе
повышающей обмотки трансформатора
формируется импульс напряжением
более 1 кВ. Импульс высокого напряже-
ния обеспечивает начальную ионизацию
разрядного промежутка и лавинный про-
бой. После перехода лампы в рабочий
режим на выходах обмотки W1 транс-
форматора Т1 присутствует сигнал пе-
ременного напряжения с амплитудой
Vp-p около 300 В. Конденсатор С2 -
высоковольтный, с рабочим напряжени-
ем не менее 2 кВ. Транзисторы должны
быть высокочастотными и должны
иметь как можно меньшее напряжение
насыщения для получения максималь-
ного КПД преобразователя. Для этой
цели рекомендуется использовать тран-
зисторы фирмы Zetex FZT849. Во избе-
жание пробоя трансформатор должен
иметь каркас, состоящий из нескольких
секций. Первичная обмотка W2/W3 дол-
жна быть намотана на отдельной сек-
ции, а вторичная обмотка должна быть
размещена на нескольких (2—4) сосед-
них секциях каркаса. Магнитопровод -
ш-образный с зазором.
3
4
5
6
7
8
14
------1 CCFT |-------
У Ни	По
ЗкВ	COILTRONICS
LT1182
13
12
11
10
9
2,2м кФ
35В
Рис.39. Реализация практической схемы преобразователя для управления
люминесцентной лампой с холодным катодом (с функцией регулировки яркости)
На рис. 39 показана практическая
схема реализации конвертера для пи-
тания люминесцентной лампы с холод-
ным катодом. Схема контроллера фир-
мы Linear Technology LT1182 обеспечи-
вает регулировку яркости за счет воз-
можности управления током в цепи
лампы.
Контроллер для цифрового управле-
ния люминесцентной лампой с холод-
ным катодом выпускает также и фирма
MAXIM (МАХ1610/1611).
Александр Самарин,
samar@zelax.ru
9.	N. V. Madhusudana & Т. N. Ruck-
mongathan Proc. Oflnt. Liquid Crystals Conf.,
Bangalore 1979, edited by S.Chandrasekhar,
Heyden London pp799-503, 1980
10.	Al. Lovrich “Using PIC16C5X
Microcontrollers as LCD Drivers” Microchip
Appl.Notes, AN563
11.	SP4423 Design Guidenlines. Application
Note.
12.	Neil Chadderton “Transistor
Considerations for LCD Backlighting” ZETEX
Application Note14 1997.
13.	Jim Williams “Techniques for 92%
Effisienty LCD llluminination”. Linear
Technology Application Note 55 Aug 1993.
25
сетевые технологии
Командно-информационные сети -
что это такое?
Настоящая статья призвана ознакомить читателей с командно-информационными сетями, которые в
последнее время нашли широкое применение в малых системах автоматизации производственных ус-
тановок, системах автоматизации научного эксперимента, измерительных системах, лабораторной и
радиолюбительской технике.
Схемотехника №6 июнь 2001
Развитие современных систем автоматизации произ-
водства, измерений, научных исследований и лабо-
раторной техники характеризуется все большим внедре-
нием в эти области современных персональных компьютеров
(PC) и локальных сетей (l_AN).
Основными факторами, определяющими внедрение PC
в эти области, являются:
•	значительное снижение стоимости PC при одновремен-
ном повышении их вычислительной мощности и надеж-
ности;
•	появление множества мощных и дешевых семейств мик-
роконтроллеров;
•	глобальная тенденция к реструктуризации больших про-
мышленных и научных учреждений и созданию на их
основе малых производственных фирм и научно-иссле-
довательских центров;
•	снижение или полное прекращение централизованного
финансирования автоматизации производства и научных
исследований;
•	моральное устаревание магистрально-модульных систем
типа САМАС, MULTIBUS, VME и т. д.; развитие архитек-
туры новых магистрально-модульных систем [1].
Перечисленные факторы создали предпосылки к замене
морально устаревших и дорогостоящих модульных систем
на современные малые распределенные мультимикропро-
цессорные (а точнее мультимикроконтроллерные) системы,
которые, собственно, и называют LAN. Существует доста-
точно большое количество типов LAN, однако наиболее ча-
сто в последнее время используются так называемые ко-
мандно-информационные сети [2—4].
1.	Основные понятия о Cl LAN
Командно-информационные сети (Command-Informational
LAN - Cl LAN) - локальные сети, состоящие только из одного
PC и нескольких микроконтроллеров, которые принято назы-
вать периферийными станциями (Peripheral Stations - PS).
Основным принципом работы Cl LAN является то обстоя-
тельство, что единственный в сети PC играет роль генера-
тора команд для всех микроконтроллеров и получателя всей
информации от них, отсюда и название - “командно-инфор-
мационные сети”. Другими словами, инициатором любых
процессов в Cl LAN может быть только PC. Станции (микро-
контроллеры) лишь получают и распознают команды, испол-
няют их, производят первичную обработку и, если необхо-
димо, передают данные в PC. В некоторых Cl LAN делается
одно исключение для аварийных ситуаций, когда одна или
несколько PS могут генерировать сигнал аварии. Но это ско-
рее исключение, чем правило.
На PC, как на наиболее мощный и оснащенный перифери-
ей элемент сети, возлагаются задачи по вторичной обработке
и сохранению данных, их интерпретации и визуализации. Мик-
роконтроллеры PS измеряют различную аналоговую инфор-
мацию или получают дискретную информацию от других при-
боров, производят первичную обработку данных, управляют
различными исполнительными устройствами, производят ав-
тотестирование, а также передают необходимые данные в PC.
Рассмотрим основные требования, предъявляемые к Cl LAN:
• с целью снижения стоимости системы и обеспечения вза-
имозаменяемости в составе Cl LAN используются PC в
стандартной конфигурации (т. е. имеющие два порта RS-
232С, один из которых, как правило, занят), а связь осу-
ществляется через свободный порт RS-232C;
•	желательно использовать либо стандартные компьютер-
ные кабели с разъемами типа DB9, либо “витую пару”,
либо четырехжильные телефонные экранированные ка-
бели, т. к. наиболее дорогостоящим и трудоемким эле-
ментом современных LAN является кабель передачи дан-
ных - сетевая среда (Transmission Medium - ТМ);
•	желательно ограничивать длину LAN до минимума из-за
того, что общая длина сетевой среды влияет на скорость
передачи данных;
•	важнейшим требованием к Cl LAN, работающим в услови-
ях сильных электромагнитных и электростатических полей
или в лабораторных условиях, является наличие гальва-
нической развязки периферийных станций (контроллеров)
от сетевой среды (а иногда и PC от сетевой среды); в со-
временных Cl LAN гальваническая развязка достигается с
помощью элементов с оптической изоляцией - оптронов;
•	с целью снижения стоимости и объема аппаратных зат-
рат в Cl LAN, в основном, используются два типа интер-
фейсов: RS-232C и RS-485.
Структурная схема (топология) Cl LAN приведена на
рис. 1.
Типичная Cl LAN содержит: PC-персональный компьютер;
DPC (Dispatcher PC)-диспетчер PC; ТМ (Transmission Medium)
-сетевую среду; S1...SN-станции; MGT (Station Management)
или DS (Station Dispatcher) - диспетчеры станций.
Диспетчер PC-узел, согласующий порт RS-232C персональ-
ного компьютера с сетевой средой. Если Cl LAN строится на
базе протокола RS-485, то DPC оптически изолирует порт RS-
232С персонального компьютера и преобразует интерфейс RS-
232С в интерфейс RS-485. В случае построения Cl LAN на
базе протокола RS-232C, узел не является обязательным и,
по сути, оптически изолирует некоторые сигналы интерфейса
RS-232C. Диспетчер станции DS преобразует сигналы RS-232C
или RS-485 во внутренние сигналы станции. Как правило, каж-
дый DS имеет два одинаковых разъема DB9F (XL1 и XL2), со-
единенных параллельно. Сетевая среда в Cl LAN выполняет-
ся в виде кабелей с однотипными разъемами DB9V одинако-
вой либо разной длины, соединяемых последовательно. Это
позволяет легко и оперативно модифицировать сеть.
Различают малые (до 16 станций), средние (до 32 станций)
и большие (до 128 станций) Cl LAN. Малые Cl LAN можно ре-
ализовать на базе интерфейсов RS-232C и RS-485, осталь-
ные -только на базе RS-485. Общая длина малых Cl LAN обыч-
но не превышает 20 м, в то время как средние и большие CI
LAN могут иметь общую длину ТМ до 1 км и более.
26
сетевые технологии
Если в Cl LAN используется RS-232C, то сетевая среда,
чаще всего, состоит из стандартных компьютерных кабелей
с двумя разъемами DB9V (длиной 1 или 1,2 м). Если в CI
LAN используется RS-485, то сетевая среда обычно выпол-
няется из четырехжильного телефонного провода с общим
экраном и изоляцией, оснащенным двумя разъемами DB9V.
Общие принципы
функционирования Cl LAN
Общая программа работы всей Cl LAN находится на персо-
нальном компьютере. Он в заданные моменты времени выда-
ет в сеть определенную последовательность байтов, называе-
мую фреймом команды (Command Frame); все станции одно-
временно принимают фрейм команды (форматы фреймов бу-
дут описаны ниже); одна из них определяет, что фрейм адресо-
ван ей, и выполняет предписанные действия, после чего пере-
дает в PC фрейм ответа. Остальные станции, определившие,
что принятый командный фрейм адресован не им, игнорируют
его и ждут поступления следующего командного фрейма.
Отметим также некоторые особенности работы сетей на
базе интерфейсов RS-232C и RS-485. Напомним, что интер-
фейс RS-232C имеет отдельные линии передачи TxD и при-
ема RxD данных. Поскольку команды в Cl LAN передает толь-
ко PC, он монопольно использует линию TxD, и,
следовательно, на этой линии конфликты от одновременно-
го включения нескольких передатчиков невозможны. При этом
PC не имеет возможности контролировать передачу. Линия
RxD используется всеми контроллерами, которые подключе-
ны к ней своими выходами. В случае нормальной работы ап-
паратуры и программного обеспечения станций, конфликтов
на линии быть не должно, но при сбоях возможны конфликты
вследствие одновременного подключения к линии несколь-
ких передатчиков. Таким образом, линия RxD является лини-
ей со случайным (со стороны контроллеров) доступом и про-
граммным (со стороны PC) анализом конфликтов.
При использовании интерфейса RS-485 данные переда-
ются по двум проводам, как в прямом, так и в обратном на-
правлении, т. е. конфликты возможны как при передаче ко-
манд, так и приеме данных. За всеми конфликтами в сети
следит PC. В этом случае вся сеть является сетью со слу-
чайным доступом и программным анализом конфликтов.
Кроме того, все участники такой сети (и PC, и PS) должны
обеспечивать отключение своих передатчиков в перерывах
между передачами и анализировать незанятость сети пе-
ред попыткой передачи.
Таким образом, информационно-командный принцип по-
строения LAN предполагает следующие основные режимы
обмена данными:
•	получение любой из периферийных станций PS заданий
от PC;
•	передача в PC результатов измерений от любой стан-
ции PS (по запросу от PC);
•	выполнение любой станцией PS самотестирования по
команде PC с передачей результатов тестирования об-
ратно в PC;
•	аппаратный сброс всех станций по инициативе PC;
•	передача в PC информации об аварийных ситуациях по
инициативе любой станции PS.
2.	Диспетчеры PC
На диспетчеров персонального компьютера (DPC) возла-
гаются две основные функции: сформировать сигналы сре-
ды передачи данных (ТМ) и обеспечить гальваническую раз-
вязку PC. Ниже приведены две схемы DPC для Cl LAN на
базе протоколов RS-232C и RS-485.
На рис. 2 представлена схема DPC для сети на базе про-
токола RS-232C.
Входная часть схемы DPC (слева) гальванически развязана
от выходной части (справа) с помощью оптронов 4N35. Пита-
ние и управление входной части осуществляется от выходных
линий порта RS-232C персонального компьютера. При этом
предполагается, что в рабочем режиме (приема и передачи
данных) на линии RTS должно быть установлено положитель-
ное напряжение, а на линии DTR - отрицательное напряже-
ние. Величины этих напряжений определяются исполнением
материнской платы персонального компьютера и могут состав-
лять от 9 до 12 В соответствующей полярности. Положитель-
ное напряжение с линии RTS поступает на коллекторы тран-
X2 “PC RS232C’
DB9F
I RTS | 7 |—
+5В
| RxD | 2 |----
R1
18K
R7
03
04
С3
С1
DB
16
+5В
С1-
CM
о
CM
+10В
02
| ТхР | 3 }
VD1
H-
С2+
-10В
06
=Е= С4-С6
С1
05 R8 330
330
02_____
VD2
VD3
R5
1K
05j |---1_
R9 330
04________
06
04
06
05
R10
06
VD4
2,2К
R11
01
05
330
VD1-VD4: FR157
04
06
02
D1-D&4N35
05
11
10
12
01
С7
03
04
С8
05
11
10
12.
см
С2-
GND
15
TxD1
TxD2
RxD1
RxD2
D6
С1
С1-
С2+
С2-
TxD1
TxD2
„RxD1
^XrxD2
DB
CM
о
CM
см
D7
RSo1
RSo2
RSI1
RSI2
+10В
-10В
GND
RSI1
RSI2
14
13
08
16
02
06
X2
“RS232C Isolated”
DB9F
TxD
DTR
_2
9
+5В
RxD
Rl
=!= С9-С11
15
С1:100мкФ16В
C2-C11:1.0мкФ
13
08
RSolO-^-
RSo2 6-2£
| GND | 5 (
I DTR I 4 (
Рис. 2. Диспетчер персонального компьютера для сети на базе RS-232C
Q
Q
3
4
27
сетевые технологии
зисторов оптронов D1 и D5. Отрицательное напряжение с ли-
нии DTR через резистор R5 и диод VD1 создает на конденса-
торе С1 отрицательное напряжение питания. Передача дан-
ных от компьютера осуществляется по линии TxD через
резистор R2 и светодиод оптрона D2. Прием данных осуще-
ствляется по линии RxD с эмиттера транзистора оптрона D1.
Состояния линий DTR и RTS передаются в выходную часть
через оптроны D3 и D4, а состояние линии RI с выходной час-
ти передается в персональный компьютер через оптрон D5.
Предполагается, что в составе DPC имеется стабилизирован-
ный источник питания на напряжение +5 В и рабочий ток ме-
нее 30 мА (на схеме не показан). Этот источник осуществляет
питание выходных микросхем D6 и D7. При использовании оп-
тронов типа 4N35 напряжение изоляции цепей PC от выход-
ной части составляет более 2,5 кВ. В выходной части в каче-
стве формирователей уровней интерфейса RS-232C
использованы самые доступные микросхемы МАХ202
(ADM202, МАХ232). Возможно, конечно, использовать и дру-
гие формирователи уровней фирмы MAXIM (МАХ235-
МАХ249), однако это увеличит стоимость изделия, сложность
и площадь печатной платы. Емкость конденсаторов С2-С11
должна быть не менее 1 мкФ (хотя изготовителем микросхем
рекомендуется величина 0,1 мкФ). Это обеспечивает повышен-
ную устойчивость работы выходных микросхем в аварийных
режимах работы сети, а также при отладке контроллеров. Ди-
оды VD2-VD4 рекомендуется устанавливать для повышения
надежности (предотвращения пробоя светодиодов оптронов).
Приведенная схема DPC обеспечивает изоляцию и повто-
рение состояний сигналов порта RS-232C в статике. Одна-
ко нужно заметить, что следствием оптической развязки с
помощью оптронов является задержка времени переклю-
чения всех сигналов на величину более 5 мкс. Кроме того,
не смотря на то, что номиналы резисторов входной части
оптимальны с точки зрения быстродействия и нагрузки на
выходной порт персонального компьютера, максимально
допустимая скорость передачи данных через описываемый
DPC составляет 28800 бит/с. На больших скоростях пере-
дачи резко возрастает количество ошибок.
Как уже отмечалось выше, некоторые Cl LAN на базе ин-
терфейса RS-232C могут работать вообще без использова-
ния DPC, однако приведенный диспетчер всегда рекомен-
дуется использовать в процессе отладки, чтобы защитить
ваш компьютер. Для малоопытных специалистов следует
напомнить, что во многих персональных компьютерах зем-
ля находится под потенциалом половины сетевого напря-
жения, и подключение к работающему компьютеру земли
осциллографа или ее обрыв может привести к катастрофи-
ческим последствиям. При использовании описанного DPC,
отладка LAN и отдельных контроллеров, подключенных к
компьютеру, становится безопасной!
На рис. 3 представлена схема DPC для сети на базе про-
токола RS-485.
Входная часть DPC изображена справа и подключается к
PC с помощью разъема Х2. Она аналогична входной части
описанной выше схемы. Однако в связи с особенностями
построения Cl LAN на базе интерфейса RS-485, в этом DPC
реализованы дополнительные функции программно-аппа-
ратного сброса всех контроллеров сети и отключения выхо-
да диспетчера. Особенностью входной части DPC является
то, что интерфейс RS-232C персонального компьютера име-
ет только две выходные линии RTS и DTR, которые уже ис-
пользуются для питания входной части (как и в схеме, при-
веденной на рис. 2), при этом их уровни, соответственно,
равны RTS=H (High) и DTR=L (Low).
Учитывая то, что, в соответствии с алгоритмом работы CI
LAN (описание будет приведено ниже), передатчик PC зак-
рывается на достаточно короткие промежутки времени, от-
ключение выхода передатчика осуществляется при перево-
де сигнала DTR в состояние Н. При этом положительное
напряжение с линии DTR через резистор R10 включает све-
тодиод нижней оптопары D3, а коллектор транзистора этой
оптопары переводит вход управления драйвера DE в состо-
яние L, что, соответственно, переводит выходы передатчи-
ка в высокоимпедансное состояние.
Состояние RTS=L и DTR=H приводит к включению светоди-
ода верхней оптопары D3. Коллектор ее транзистора перево-
дит при этом в состояние L вход управляемого стабилизатора
Power Unit. Его схема не приведена, однако она тривиальна.
Этот стабилизатор может быть собран либо по стандартной
схеме включения на КР142ЕН12А, либо с использованием бо-
лее мощных стабилизаторов SD1083 (ток до 7,5 А) или SD1084
(до 5 А), имеющих такой же корпус и такую же схему включе-
ния. Управляющий вход подключается к выводу 1 стабилиза-
тора. Функции управляемого стабилизатора зависят от назна-
чения и количества станций в Cl LAN. Обычно этот
стабилизатор делается маломощным на напряжение +5 В (до
200 мА) и используется только для сброса всех контроллеров
сети, при этом выходное напряжение поступает на входы внеш-
него сброса супервизоров питания контроллеров. Однако в
некоторых сетях стабилизатор выполняют достаточно мощным
(до 3 А) на напряжение около 8 В. При этом выходное напря-
жение этого стабилизатора, кроме функции сброса, осуществ-
Схемотехника №6 июнь 2001
28
сетевые технологии
ляет еще и функции питания всех контроллеров сети. Очевид-
но, что это возможно только при специальной схемотехнике
периферийных станций и их ограниченном количестве.
Выходная часть DPC может быть реализована либо на
микросхеме МАХ485 (или ее аналогах) - при этом DPC обес-
печивает работу до 32 PS в составе сети, либо на микросхе-
ме МАХ487 - при этом DPC обеспечивает работу в сети до
128 станций. Естественно, что в этом случае во всех кон-
троллерах должны стоять такие же микросхемы драйверов.
Резистор R5 должен иметь сопротивление 120 Ом. Он
устанавливается в RS-485 сетях на двух концах ТМ. Так как
согласно топологии Cl LAN диспетчер PC всегда устанавли-
вается на одном из концов ТМ, резистор R5 должен быть
установлен всегда. Резисторы R1, R2 служат для “привяз-
ки” уровней линий “А” (кземле) и “В” (к питанию), для умень-
шения времени переходных процессов в случае, когда все
передатчики сети закрыты. Резисторы R3, R4 и стабилитро-
ны VD1, VD2 являются простейшей защитой от импульсных
помех, возникающих в достаточно протяженных сетях или в
сетях, работающих в условиях мощных электромагнитных
помех. В особо надежных сетях следует использовать бо-
лее дорогостоящие и дефицитные ограничительные диоды,
способные при превышении на них допустимого напряже-
ния пропускать через себя за несколько наносекунд токи до
сотен килоампер. Следует также сказать, что описанные ме-
тоды защиты линий Cl LAN могут использоваться и в сетях
на базе интерфейса RS-232C.
3.	Диспетчеры
периферийных станций
3.1.	Диспетчер станции Cl LAN “SISNET”
Целью разработки Cl LAN “SISNET” (Small Information
Service NET) являлось создание малых распределенных си-
стем, состоящих из PC и нескольких контроллеров, и при этом
обеспечение минимальных аппаратных затрат на ее созда-
ние [2—4]. Топология этой сети отличается от стандартной
топологии Cl LAN, изображенной на рис. 1. В описываемой
сети отсутствует диспетчер PC, и сетевая среда (ТМ) непос-
редственно подключается к интерфейсу RS-232C персональ-
ного компьютера. Это накладывает ог-
раничение и на количество станций (не
более 16), и на общую длину сетевой
среды (до 20 м). Второй особенностью
этой сети является то, что диспетчер
станции не содержит специализирован-
ных микросхем драйверов RS-232C (на-
пример, МАХ232 или аналогичных). В
качестве сетевой среды используются
стандартные 9-проводные компьютер-
ные кабели длиной 1 или 1,2 м, снаб-
женные двумя одинаковыми разъемами
DB9. Диспетчер станции Cl LAN
“SISNET” представлен на рис. 4. На схе-
ме показан только один сетевой разъем
Х1. На самом деле каждый контроллер
имеет по два разъема, соединенных па-
раллельно. Наращивание сетевой сре-
ды осуществляется последовательным
соединением контроллеров.
В описываемой сети используются
шесть интерфейсных линий RS-232C:
линия TxD используется для передачи
данных от PC к станциям; линия RxD
используется для приема данных от
станций к PC; линия RTS используется
как источник положительного напряже-
ния для питания входной части MGT;
линия DTR используется для генерации
сигнала сброса (RST) всех контролле-
ров сети, а также для создания через
резистор R1 и диод VD1 отрицательно-
го напряжения на конденсаторе С1; на
линии RI генерируется сигнал занятости сети Busy; линия
Gnd - общий провод сетевой среды.
Резистор R1 необходим для снижения пиковых зарядных
токов по линии DTR. Номиналы резисторов R2-R5 подобра-
ны так, что при параллельном подключении до 16 MGT к вы-
ходу интерфейса RS-232C персонального компьютера обес-
печивается максимально возможная нагрузка на сигнальные
линии. Для оптической изоляции применены оптроны АОТ1-
01АС. Они имеют следующие преимущества: меньший ток
срабатывания и время задержки переключения, два оптрона
в корпусе. С другой стороны, напряжение изоляции у них со-
ставляет более 500 В. Особенностью описываемой схемы
является наличие схем формирования “сквозного” (для всех
контроллеров) сигнала занятости и общего сброса сети. Об-
щий сброс всех контроллеров сети происходит при кратков-
ременном переводе линии DTR из состояния L (нормальный
режим) в состояние Н (сброс). При этом положительное на-
пряжение через резистор R3 включает верхний светодиод
оптопары D2, а соответствующий транзистор, открываясь,
генерирует положительный импульс сброса микроконтролле-
ра на резисторе R10. Сигнал занятости сети генерируется кон-
троллером, который собирается начать передачу. При этом
он опрашивает свой вход Into. Если вход имеет потенциал Н,
то сеть свободна, и контроллер переводит свой выход Busy в
состояние L. При этом включается нижний светодиод и соот-
ветствующий транзистор оптопары D3, на линии RI форми-
руется потенциал Н, который уведомляет PC о начале цикла
передачи одним из контроллеров. Кроме того, включаются
верхние оптопары всех контроллеров, при этом на входы Into
всех контроллеров поступает низкий потенциал L, свидетель-
ствующий о занятости сети. По окончании цикла передачи,
передающий контроллер переводит свой выход Busy в со-
стояние Н, снимая сигнал занятости линии. Описанный кон-
троллер обеспечивает скорость передачи до 28800 бит/с. Ал-
горитм работы и фрагменты программ сети “SISNET” будут
приведены в следующих разделах.
3.2.	Диспетчер станции Cl LAN “MISNET”
На рис. 5 показана схема диспетчера станции Cl LAN на базе
интерфейса RS-485. Эта схема аналогична выходной части
29
сетевые технологии
схемы, приведенной на рис. 3. Она используется во многих
сетях на базе интерфейса RS-485, в том числе и в Cl LAN
“MISNET” (Middle Information Service NET), целью разработки
которой являлось создание средних (до 32 станций) и боль-
ших (до 128 станций) Cl LAN [5-8].
Приведенная схема имеет защиту входных цепей, ана-
логичную показанной на рис. 3. Во входные цепи введена
перемычка JP1, которая устанавливается на самом пос-
леднем контроллере для согласования сети. Отключение
выходов передатчиков сети осуществляется переводом вы-
вода Busy микроконтроллера в состояние L. При этом вклю-
чается нижняя оптопара D3 и вывод DE приемопередатчи-
ка D1 переводится в состояние L, что, соответственно,
переводит выходы передатчика в высокоимпедансное со-
стояние.
3.3.	Комбинированный диспетчер станции Cl LAN
В заключение этого раздела рассмотрим вариант принци-
Схемотехника №6 июнь 2001
пиальной схемы более сложного комбинированного диспет-
мера контроллера (рис.
6). Такой диспетчер мо-
жет быть применен в CI
LAN на базе интерфей-
са RS-485 для подключе-
ния к сети современных
измерительных прибо-
ров и промышленного
оборудования, оснащен-
ных интерфейсом RS-
232С. Другим вариантом
использования приве-
денного диспетчера мо-
жет быть создание мно-
гоуровневых сетей или
сетей с комбинирован-
ным интерфейсом.
Сетевая часть диспет-
чера станции (слева)
показана без разъемов
с элементом защиты.
При необходимости она
может быть оснащена
защитными или ограни-
чительными диодами и
оптической изоляцией
от сетевой среды, как это было показано в предыдущих схе-
мах. Для читателя наибольший интерес, в данном случае,
представляет интерфейс с микроконтроллером.
Выходной сигнал RxD от интерфейса RS-232C с вывода 12
микросхемы DI (драйвер RS-232C) поступает на первый вход
элемента ИЛИ (D3.1), на второй вход которого поступает раз-
решающий сигнал приема 1232_Оп (активный L). Выход это-
го элемента ИЛИ соединен с одним из входов элемента И
(D4.1), на второй вход которого поступает RxD сигнал с выхо-
да 01 микросхемы D2 (драйвер RS-485). Этот выход может
быть открыт при подаче на вход 02 микросхемы D2 разреша-
ющего сигнала приема 1485_Оп (активный L) или переведен
в высокоимпедансное состояние. При этом через резистор
R4 формируется Н уровень (разрешающий) на втором входе
элемента И. Таким образом, при различных комбинациях уп-
равляющих сигналов микроконтроллера может быть открыт
либо один из входных каналов, либо оба сразу.
Выходной сигнал микроконтроллера TxD поступает на
вход 04 микросхемы D2 и один из входов второго элемента
ИЛИ (D3.2), на второй вход которого по-
ступает разрешающий сигнал переда-
чи О232_Оп (активный L), а выход со-
единен со входом 11 (TxD) микросхе-
мы D1. На вход 03 микросхемы D3 по-
ступает разрешающий сигнал переда-
чи О485_Оп (активный L). Таким обра-
зом, оба передатчика могут открывать-
ся или закрываться в любых комбина-
циях.
Естественно, что отслеживать конф-
ликты при одновременном приеме ин-
формации из двух источников, а также
управлять диспетчером должно про-
граммное обеспечение микроконтрол-
лера.
В заключение хочется сказать, что
в этом разделе были приведены толь-
ко несколько наиболее интересных
схем из возможного разнообразия,
однако их рассмотрение дает возмож-
ность даже начинающему специали-
сту самостоятельно разработать дру-
гие варианты диспетчеров станций.
Олег Николайчук,
onic@ch.moldpac.md
30
системы безопасности
Конструктор для построения
8-разрядных Ethernet приложений
Микросхема ISA Ethernet контроллера CS8900A фирмы Cirrus Logic -
хороший вариант для разработки сетевых устройств на базе мик-
роконтроллеров с 8-разрядной шиной данных. Также, как и микро-
схемы других производителей, эта микросхема 16-разрядная, но, в
отличие от них, может быть включена в режим работы с 8-разряд-
ной шиной данных.
Небольшие размеры чипа и встро-
енные в чип схемы фильтра по-
зволяют сэкономить место на
печатной плате готового устройства.
Все эти уникальные свойства позволяют
создать конкурентоспособное техничес-
кое решение в области высокопроизво-
дительной Ethemet-коммуникации.
Основной документ на микросхему -
“CS8900A Product Data Sheet” (на англ,
языке) доступен на сайте компании
Cirrus Logic (www.cirrus.com). В нем
описаны функциональная схема, внут-
ренние регистры, операция приема,
операция передачи, временные диаг-
раммы и т. д.
Рассмотрим схему включения и осо-
бенности работы CS8900A в режиме с
8-разрядной шиной данных.
Схема включения микросхемы
CS8900A для работы в 8-разрядном
режиме приведена на рис. 1. Она со-
держит контроллер, развязывающий
трансформатор U2 типа 25-75F3, квар-
цевый резонатор на 20 МГц, светодио-
ды индикации наличия обмена, разъе-
мы, шунтирующие емкости.
Порты ввода/вывода
Управление чипом CS8900A в 8-раз-
рядном режиме работы осуществляет-
ся через восемь его 16-разрядных пор-
тов. В системах, не использующих
шину ISA, эти адреса обычно отобра-
жаются в область памяти данных сис-
темы. Необходимо учесть, что про-
граммный драйвер должен читать или
записывать оба байта данных при до-
ступе к любому 16-разрядному регис-
тру CS8900A.
Передача кадра
Передача и прием кадров осуществ-
ляется через порты данных. При пере-
даче кадра посредством записи коман-
ды передачи в TxCMD порт и длины
кадра в TxLength порт резервируется
внутреннее буферное пространство
памяти. Затем проверяется состояние
регистра BusSt. Если в буфере имеет-
ся место, то начинается побайтная за-
пись в порт Receive/Transmit Data
(Port 0). Для более полной информации
можно обратиться к документу
“CS8900A Product Data Sheet".
Например, если чипу CS8900A задан
базовый адрес 300h, то для передачи
кадра длиной 81 байт, программный
драйвер должен сначала записать коман-
ду передачи OOCOh (“Начать передачу,
коща все байты переданы”) в TxCMD
порт. Это выполняется записью младше-
го байта команды (COh) по адресу 304h,
затем старшего байта команды (00h) -
по адресу 305h. После этого длина кад-
ра 0051h (десятичное 81) записывается
в TxLength порт. Младший байт (51 h) за-
писывается по адресу 306h, затем стар-
ший байт (00h) - по адресу 307h. Теперь
нужно выяснить наличие свободного
+5В
10
GNP 20
APPRO
11
ADOR1
12
ADPR2
13
AP0R3
14
	DATAO	1
	DATA1	2
	0ATA2	3
	DATA3	4
	DATA4	5
	PATA5	6
	OATA6	7
	DAW	8
РАТАО
РАТА1
РАТА2
DATA3
DATA4
DATA5 Г
DATA6 [
DATA7
RESET
Рис. 1
INTR
vcc
С13
VCC
APPRO
APPR1 г
APPR2 |
APPR3
row
ГОК I
aen
_3Z.
.за
Jfl.
Al
AZ
АЗ
Al
45
AL
ла
Лй
.51
52
.53
Л4
ла
ла
Jail
65
ла
AL
ла
л
32
33
ЗА
23
23
23
21
21
23
ДЯ
да
SA0
SA1
SA2
SA3
SA4
SA5
SA6
SA7
SA8
SA9
SA10
SA11
SA12
SA13
SA14
SA15
SA16
SA17
SA18
SA19
SP0
SP1
SP2
SP3
SO4
SP5
SO6
SP7
SP8
SP9
SP10
SP11
SP12
SP13
SP14
SP15
vcc
84
83
го <
Q со
§ й > § §
01-
РО+
оо-
РО+
CS8900
Ико9о--гчсооОО
;	и и и
J2
CI-
CI+
RXP-
RXP+
ТХР-
ТХР+
BSTATUS/HC1
LINKLED/HCO
LANLED
*<<«»
иооц
ШШШЩ1
шшшш)
R4
4,7К
С11 0,1 мкФ
U2
1|
T
Z
R5 24
6
R7
100
'16
15
П
RXP-
RXD+
11
ТХР-
ТХР+
С12 0,1 мкФ
R6 24
VCC
$-
ТбО
XTAL1
XTAL2
to
ш
560
i[—I (Vi)
97	560 Ч2УЬР2
98
R1
t,99K
Х1
о-
20МГц
С8
С9
15
15
ш
31
системы безопасности
Таблица 1. Карта адресов
портов ввода/вывода
Смещение	Тип	Название
OOOOh	Чтение	Receive/Transmit Data (Port 0)
0002h	Чтение	Receive/Trans m it Data (Port 1)
0004h	Запись	TxCMD (Transmit Command)
0006h	Запись	TxLength (Transmit Length)
0008h	Чтение	Interrupt Status Queue
OOOAh	Чтение	PacketPage Pointer
OOOCh	Чтение	PacketPage Data (Port 0)
OOOEh	Чтение	PacketPage Data (Port 1)
места во внутреннем буфере. Это дела-
ется проверкой состояния бита 8 регист-
ра BusSt. Для этого необходимо исполь-
зовать указатель пакетной страницы
(Packet Page Pointer - OOOAh). Значение
записывается 0138h в указатель пакет-
ной страницы (начальный адрес 30Ah),
затем считываются данные из регистра
Packet Page Data Port 0 (адрес 30Ch).
Если бит 8 (Rdy4TxNow) установлен, зна-
чит можно начинать процедуру записи
данных в Transmit Data Port 0. Делается
это следующим образом: записывается
1-й байт в адрес 300h, 2-й байт - в 301 h,
3-й байт - в 300h, 4-й - в 301 h и так да-
лее, пока весь кадр не будет записан. Чип
автоматически вышлет кадр после запи-
си последнего байта.
Прием кадра
Система (хост) узнает о принятом
кадре опросом регистра RxEvent. Ког-
да хост узнает о входящем кадре, про-
грамма должна прочитать кадр описан-
ным далее образом (подразумевается
базовый адрес чипа 300h).
1)	Читается слово состояния (данные
в регистре RxEvent) из порта данных 0.
Сначала считывается старший байт с
адреса 301 h, потом младший байт - с
адреса 300h. Очень важно читать пер-
вым старший байт при чтении регист-
ров RxStatus и RxLength.
2)	Читается слово RxLength (длина
кадра) из порта данных 0. Сначала чи-
тается старший байт с адреса 301 h,
потом младший - с адреса 300h.
3)	Начинается чтение данных кадра
с адреса 300h, затем 301 h, 300h, 301 h
и так далее, пока весь кадр не будет
считан в память системы.
Функции, не поддерживаемые в
8-битном режиме
Режим DMA использует 16-разряд-
ный доступ к памяти, поэтому в 8-раз-
рядном режиме работы не поддержи-
вается. Также не поддерживается ав-
тоинкремент указателя пакетной стра-
ницы и работа с внешней EEPROM.
Сергей Гаврилюк,
webma ster@gaw. ru
Охранное устройство для квартиры,
дома и отдельных строений
Охранное устройство, описанное в данной статье, имеет ориги-
нальное схемотехническое решение, собрано на доступной совре-
менной элементной базе. В нем обеспечивается автоматическое
переключение на автономное питание в случае отключения зло-
умышленниками сетевого напряжения. Устройство не требует на-
ладки после сборки и может использоваться для охраны любых по-
мещений.
В различной литературе неоднократ-
но шел разговор о сторожевых ус-
тройствах для охраны помещений
и отдельных строений. Установка под ох-
рану и предотвращение включения сигна-
ла тревоги при входе на охраняемый
объект осуществляется в них, как прави-
ло, либо набором соответствующего кода,
либо включением или отключением скры-
того от посторонних глаз небольшого пе-
реключателя.
Опыт эксплуатации подобных устройств
показал, что установка клавиатуры или
скрытого переключателя не всегда удоб-
на. В ситуации, когда вы возвращаетесь
домой не один, очень трудно отключить
сигнализацию незаметно для посторонних
глаз.
В предлагаемом устройстве постанов-
ка и снятие объекта с охраны происходит
при помощи маленького кусочка постоян-
ного магнита, который вы незаметно для
окружающих прикладываете к магнитоуп-
равляемому контакту - геркону, скрыто-
му в любом потайном месте. Всю провод-
ку до блока охранной сигнализации, вклю-
чая сам геркон, можно скрыть под слой
штукатурки, а сам блок разместить в ме-
таллическом ящике, что сделает его бо-
лее надежным в плане несанкциониро-
ванного отключения.
Система осуществляет охрану помеще-
ния, имеющего одну входную дверь. Откры-
вание и закрывание входной двери являет-
ся событием, определяющим перевод сис-
темы из одного режима работы в другой.
Режимы работы системы:
-	дежурный режим (бесконечно долго
до момента отключения геркона “СЕКРЕТ”
и открывания двери);
-	режим ожидания (1 мин. после откры-
вания двери при отключенном герконе
“СЕКРЕТ");
-	режим охраны (бесконечно долго до
момента открывания двери);
-	режим тревоги (от 1 до 9 мин., выби-
рается пользователем).
В состав системы входит:
-	плата (содержит всю электронную
часть системы и источник питания 12 В);
-	геркон “ДВЕРЬ” (монтируется на ко-
сяке входной двери, замкнут при закры-
той двери и разомкнут при открытой);
-	геркон “СЕКРЕТ" (монтируется в сек-
ретном месте, при замкнутом положении
геркона система находится в дежурном
режиме);
-	трансформатор питания, обеспечива-
ющий питание системы от сети (выход-
ное напряжение 15 ... 20 В);
-	аккумулятор, который обеспечивает ра-
боту системы при пропадании напряжения
сети, может быть использован любой акку-
мулятор на напряжение 12 В, авторы ис-
пользовали батарею из 10 аккумуляторов
Д-0,26, соединенных последовательно);
-светодиод HL1 (индицирует состояние
системы, в дежурном режиме не горит, а в
остальных режимах - мигает);
- сирена на рабочее напряжение 12 В
(однотональная от автомобильной сигна-
лизации).
Принцип работы системы
Питание системы осуществляется от
стабилизатора напряжения 12 В, выпол-
ненного на микросхеме DA1, или от акку-
мулятора. Диоды VD5, VD6 служат для
автоматического переключения питания
со стабилизатора на аккумулятор и обрат-
но при пропадании и появлении напряже-
ния сети. Резистор R16 служит для под-
зарядки аккумулятора при питании
системы от сети.
В дежурном режиме геркон “СЕКРЕТ"
замкнут, и лог. 1 с выхода 3 элемента DD2
жестко устанавливает триггер DD4.1 в ис-
ходное состояние. Лог. 1 с инверсного вы-
хода 2 этого триггера через интегрирую-
щую цепочку R11, С8 жестко
устанавливает триггер DD4.2 в исходное
состояние и дает разрешение на прохож-
дение минутных импульсов с таймера, вы-
полненного на микросхеме DD5, через эле-
мент DD3.4 на триггер двери на элементах
DD3.1, DD3.2. Лог. 1 с инверсного выхода
12 триггера DD4.2 жестко устанавливает
счетчик DD6 в исходное состояние и че-
рез элемент DD2.3 инвертируется в лог. 0,
который закрывает транзистор VT3 и зап-
рещает работу сирены. Лог. 0 с выхода
DD6, определяющего время звучания си-
рены, закрывает транзистор VT1. Коллек-
тор транзистора VT1 и база транзистора
VT2 через замкнутый геркон “СЕКРЕТ” под-
ключены к земле. Транзистор VT2 закрыт
и светодиод HL1 не мигает.
В нормальном состоянии в дежурном
режиме дверь закрыта. При этом геркон
32
системы безопасности
“ДВЕРЬ" замкнут, на выводе 3 элемента
DD1.1 присутствует сигнал лог. 1. Через
резистор R2 вход элемента DD1.2 соеди-
нен с плюсом источника питания, поэтому
на его выходе присутствует лог. 0. Лог. 0 с
выхода элемента DD1.2 инвертируется
элементом DD1.3 в лог. 1, которая пода-
ется на триггер двери. На вход 12 элемен-
та DD1.3 с выхода элемента DD1.2 пода-
ется лог. 0, а на вход 13 - лог. 0 с неинвер-
тирующего выхода триггера DD4.1, поэто-
му на его выходе 11 присутствует лог. 1.
Триггер двери находится в исходном со-
стоянии (на выходе 3 элемента DD3.1 -
лог. 1).
Задание временных интервалов при ра-
боте системы осуществляется с помощью
таймера (генератора минутных импуль-
сов), выполненного на микросхеме DD5.
Для питания микросхемы DD5 использу-
ется стабилизатор напряжения 9В, выпол-
ненный на стабилитроне VD3 и резисто-
ре R9. Для согласования логических уров-
ней микросхемы DD5 и остальной логи-
ки, работающей при напряжении питания
12 В, служат делители, выполненные на
резисторах R3, R4 и R7, R8. Диод VD2 слу-
жит для ограничения входного сигнала
элемента DD3.3 на уровне напряжения пи-
тания. На выходе элемента DD3.3, при ра-
боте таймера, формируются короткие по-
ложительные импульсы с периодом в 1
мин. В нормальном состоянии в дежур-
ном режиме лог. 1 с выхода триггера две-
ри жестко устанавливает таймер в исход-
ное состояние.
При открывании двери в дежурном ре-
жиме геркон “ДВЕРЬ" размыкается, на
выходе элемента DD1.1 появляется лог. 0.
Через дифференцирующую цепочку С2,
R2 на входе элемента DD1.2 формирует-
ся короткий отрицательный импульс, ко-
торый дважды инвертируется элемента-
ми DD1.2, DD1.3 и поступает на вход триг-
гера двери. В результате триггер переклю-
чается и разрешает работу таймера. Че-
рез 1 мин. импульс таймера поступает на
тактовые входы триггеров DD4.1, DD4.2 и
счетчика DD6, но не вызывает изменения
их состояния из-за наличия на входах ус-
тановки R управляющего сигнала с уров-
нем лог. 1. Через элемент DD3.3 импульс
с таймера устанавливает триггер двери в
исходное состояние и запрещает работу
таймера.
При закрывании двери в дежурном ре-
жиме состояние системы не изменяется.
В дальнейшем с целью переводе сис-
темы в режим охраны необходимо разом-
кнуть геркон “СЕКРЕТ”. При этом дежур-
ный режим не отменяется, но со входа
принудительной установки R триггера
DD4.1 снимается управляющий сигнал с
уровнем лог. 1. Через резисторы R10, R15
на базу транзистора VT2 подается напря-
жение питания. Транзистор открывается
и зажигает светодиод HL1. Подготовка к
установке системы в режим охраны про-
исходит так: через 1 мин. импульс тай-
мера поступает на тактовые входы триг-
гера DD4.2 и счетчика DD6, но не вызы-
вает изменения их состояния из-за нали-
33
системы безопасности
Схемотехника №6 июнь 2001
чия на входах установки R управляющего
сигнала с уровнем лог. 1. Кроме того, им-
пульс с таймера поступает на тактовый
вход триггера DD4.1 и устанавливает его
в состояние, при котором на неинверти-
рующем выходе присутствует уровень лог.
1. Через элемент DD3.3 импульс с тайме-
ра устанавливает триггер двери в исход-
ное состояние и запрещает работу тай-
мера. Уровень лог. О с инвертирующего
выхода 2 триггера DD4.1 через резистор
R11 разряжает конденсатор С8. В резуль-
тате этого разрешается работа триггера
DD4.2 и запрещается прохождение им-
пульсов таймера через элемент DD3.3 на
триггер двери. Система находится в ре-
жиме охраны. Время нахождения систе-
мы в режиме охраны не ограничено.
При открывании двери система пере-
ходит из режима охраны в режим ожида-
ния. У пользователя есть неограниченное
время на то, чтобы выйти из помещения
и закрыть дверь. В течение 1 мин. после
первого открывания двери можно без по-
следствий закрывать и открывать дверь.
Если дверь будет открыта позже 1 мин. с
момента первого открывания, то система
вновь перейдет в режим ожидания. Но
если после этого в течение 1 мин. не зам-
кнуть геркон “СЕКРЕТ”, то система перей-
дет в режим тревоги и включит сирену.
Открывание двери вызовет размыкание
геркона "ДВЕРЬ". На выходе элемента
DD1.1 появляется лог. 0. Через диффе-
ренцирующую цепочку С2, R2 на входе
элемента DD1.2 формируется короткий
отрицательный импульс, который дважды
инвертируется элементами DD1.2, DD1.3
и поступает на вход триггера двери. В
результате триггер переключается и раз-
решает работу таймера. Положительный
импульс с выхода элемента DD1.2 через
элементы DD1.4, DD2.3 поступает на базу
транзистора VT3 и кратковременно откры-
вает его. В результате этого поступает
питание на сирену и подается короткий
предупредительный звуковой сигнал. Си-
стема находится в режиме ожидания. В
этот момент закрывание двери не вызы-
вает изменения состояния системы.
Если в течение 1 мин. после открыва-
ния двери замкнуть геркон “СЕКРЕТ’, то
лог. 1 с выхода 3 элемента DD2 жестко
установит триггер DD4.1 в исходное со-
стояние. Лог. 1 с инверсного выхода 2 это-
го триггера через интегрирующую цепоч-
ку R11, С8 заблокирует триггер DD4.2 в
исходном состоянии и даст разрешение
на прохождение минутных импульсов с
таймера через элемент DD3.4 на триггер
двери. Лог. 1 с инверсного выхода 12 триг-
гера DD4.2 заблокирует счетчик DD6 в ис-
ходном состоянии и запретит работу си-
рены. Коллектор транзистора VT1 и база
транзистора VT2 через замкнутый геркон
“СЕКРЕТ’ подключатся к земле. Транзис-
тор VT2 закроется и светодиод HL1 погас-
нет. Через 1 мин. импульс таймера посту-
пит на тактовые входы триггеров DD4.1,
DD4.2 и счетчика DD6, но не вызовет из-
менения их состояния из-за наличия на
входах установки R управляющего сигна-
ла с уровнем лог. 1. Через элемент DD3.3
импульс с таймера установит триггер две-
ри в исходное состояние и запретит ра-
боту таймера. Система перейдет в дежур-
ный режим.
Если в течение 1 мин. после открыва-
ния двери не будет замкнут геркон “СЕК-
РЕТ”, то первый импульс таймера посту-
пит на тактовые входы триггера DD4.1 и
счетчика DD6, но не вызовет изменения
их состояния из-за наличия на входе дан-
ных (DD4.1) напряжения питания, а на вхо-
де установки R (DD6) управляющего сиг-
нала с уровнем лог. 1. Кроме этого импульс
с таймера поступает на тактовый вход триг-
гера DD4.2 и устанавливает его в состоя-
ние, при котором на неинвертирующем вы-
ходе присутствует уровень лог. 1. Уровень
лог. О с инвертирующего выхода 12 тригге-
ра DD4.2 инвертируется элементом DD2.3
и подается на базу транзистора VT3. Тран-
зистор открывается и включает сирену.
Система переходит в режим тревоги.
Время звучания системы в режиме тре-
воги выбирается пользователем установ-
кой перемычки, соединяющей один из
выходов 1-9 микросхемы DD6 со свобод-
ным выводом резистора R12. При этом
время звучания системы может быть выб-
рано в интервале от 1 до 9 мин. с шагом в
1 мин. Для дальнейшего рассмотрения
работы системы предположим, что вре-
мя звучания сирены в режиме тревоги
выбрано равным 5 мин. и, следователь-
но, перемычка соединяет свободный вы-
вод резистора R12 с выходом 5 микросхе-
мы DD6 (выв. 1).
В режиме тревоги уровень лог. О с ин-
вертирующего выхода 12 триггера DD4.2
разрешает работу счетчика DD6. С каж-
дым последующим минутным импульсом
таймера уровень лог. 1 на выходах мик-
росхемы DD6 последовательно переме-
щается от выхода 0 к выходу 9. После при-
хода пятого минутного импульса уровень
лог. 1 появляется на выходе 5. Через ре-
зистор R12 он поступает на базу транзис-
тора VT1 и открывает его. Открытый тран-
зистор VT1 соединяет входы 1 и 2 эле-
мента DD2.1 с корпу-
сом. Лог. 1 с выхода
3 элемента DD2 жес-
тко устанавливает
триггер DD4.1 в ис-
ходное состояние.
Лог. 1 с инверсного
выхода 2 этого триг-
гера через интегриру-
ющую цепочку R11,
С8 блокирует триггер
DD4.2 в исходном со-
стоянии и дает разре-
шение на прохожде-
ние минутных им-
пульсов с таймера
через элемент DD3.4
на триггер двери. Лог.
1 с инверсного выхо-
да 12 триггера DD4.2
блокирует счетчик
DD6 в исходном со-
стоянии и запрещает
работу сирены. На
выходе 5 микросхе-
мы DD6 устанавлива-
ется уровень лог. 0.
Через резистор R12
он поступает на базу
транзистора VT1 и
закрывает его. Кол-
лектор транзистора
VT1 и база транзис-
тора VT2 через рези-
стор R10 подключа-
MITSUBISHI
ELECTRIC
Семейство
высокопроизводительных
16-ти разрядных микроконтроллеров
•	высокоэффективное ядро, программная совместимость
внутри семейства, 91 команда, тактовая частота 16МГц
•	128к...256к ROM (наличие Flash версий), Зк...20к RAM
•	прямая адресация до 4М внешней ROM и 128к SRAM без
подключения дополнительных элементов
•	наличие встроенного контроллера ПДП и встроенного
аппаратного умножителя
•	АЦП 8 или 10 каналов по 10 бит, ЦАЛ 2 канала по 8 бит
*	программирование no RS 232C
•	до 87 линий программируемого ввода/вывода
•	5 выходных и 6 входных 16-битных таймеров
•	3 UART и 2 синхронных последовательных канала
• версии с CAN контроллером (M306NOFCTFP)
• наличие бесплатного ПО, включающего С+ компилятор
Ныимомиы	ПЗУ kb	ОЗУ kb	Порты	Uiwt.B	Тип пампы	Корнуе
M30620ECFP	128	10	87	2.7-5.5	OTP	100P8S-A
M30620ECF3	128	10	87	2.7-55	ераом	1DODO
M30620SFP	0	10	47	27-5.5	ROMLESS	100P6S-A
М30621ECG Р	128	10	87	2 7-5.5	OTP	80P6S-A
M30622ECFS	128	5	87	2.7-5.5	EPROM	100 DO
M30622ECGP	128	5	87	2.7-55	OTP	100P6Q-A
M30622SFP	0	3	47	2.7-55	ROMLESS	1OOP6S-A
M30623ECGP	128	5		27-5.5	OTP	80P6S-A
M30624R3GP	256	20	87	5	FLASH	100P60-A
M30624FGLFP	256	20	87	3.3	FLASH	100P6SA
M30624FGLGP	256	20	87	3.3	FLASH	100P6Q-A
M3O6NOFCTFP	256	10	87	5	FLASH	100P8S-A
ются к плюсу источ-
ника питания. Тран-
зистор VT2 открыва-
ется и зажигает све-
121351, Москва, ул. Ивана Франко, д. 40, к. 1,Стр.2
тел./факс: (095) 73-75 999
тодиод HL1. Через 1 мин. импульс тайме-
ра поступает на тактовые входы триггера
DD4.2 и счетчика DD6, но не вызывает из-
менения их состояния из-за наличия на
входах установки R управляющего сигна-
ла с уровнем лог. 1. Кроме этого импульс
с таймера поступает на тактовый вход
триггера DD4.1 и устанавливает его в со-
стояние, при котором на неинвертирую-
щем выходе присутствует уровень лог. 1.
Через элемент DD3.3 импульс с таймера
устанавливает триггер двери в исходное
состояние и запрещает работу таймера.
Уровень лог. 0 с инвертирующего выхода
2 триггера DD4.1 через резистор R11 раз-
ряжает конденсатор С8. В результате это-
го разрешается работа триггера DD4.2 и
запрещается прохождение импульсов
таймера через элемент DD3.3 на триггер
двери. Система вновь переходит в режим
охраны.
В дальнейшем, при открывании двери,
система вновь переходит в режим ожида-
ния и работает по алгоритму, изложенно-
му выше.
В заключении хочется сказать, что вся
схема собрана на одной печатной плате
за исключением трансформатора пита-
ния, аккумуляторной батареи, двух герко-
нов, сигнального светодиода и самой си-
рены. Все устройство размещено в метал-
лическом ящике и закреплено в трудно-
доступном месте на стене охраняемого
помещения. После сборки из заведомо
исправных деталей, налаживания устрой-
ства не требуется.
Сергей Наговицын
Александр Столовых
||| 1 мпатаU ЭЛЕКТРОННЫЕкомпоненты
ПЛАТАН ВАШЕГО УСПЕХА
МКС62
International
Redifier
EPCOS
HoneyweU

muHntn
СЯУьЭОМ
Эодившоп
Kingbright
Почта; 121351, Москва, а/я 1ОО
E-mail; mttsubiahWplatan ru
34
софт
(Продолжение, начало в №2-5/2001)
Создание аналоговых PSPICE-моделей радиоэлементов
Линия передачи без потерь
Форма описания включения в схему:
Т<имя><+узел порта А> <-узел порта А> <+узел порта В>
<-узел порта В> [имя модели]
+ 2О=<значение> [Т0=<значение>] [Р=<значение>
[МЬ=<значение>]]
+ 1С=<напряжение на входе А> <ток входа А> <напряже-
ние на входе В> <ток входа В>
Форма описания модели:
.Model <имя модели> Тгп (параметры модели)
Здесь ZO - волновое сопротивление линии (Ом), TD -
задержка сигнала в линии (с), NL - электрическая длина
линии на частоте F (NL = L/д, где L - геометрическая длина,
X - длина волны в линии, по умолчанию NL = 0,25).
При описании линии передачи задается либо параметр
TD, либо F и NL. С помощью ключевого слова IC задаются
начальные значения напряжений и токов на выводах линии
передачи.
Модель линии передач без потерь характеризуется пара-
метрами, указанными в табл. 11.
Таблица 11. Параметры модели линии задержки
Обозначение	Параметр	Размерность	Значение по умолчанию
Идеальная линия без потерь			
ZO	Волновое сопротивление	Ом	
TD	Время задержки сигнала	С	
F	Частота для расчета NL	Гц	
NL	Электрическая длина	на частоте F		0,25
IC	Начальные значения напряжений и токов		
Линия с потерями			
R	Погонное сопротивление	Ом/м	
L	Погонная индуктивность	Гн/м	
G	Погонная проводимость	См/м	
С	Погонная емкость	Ф/м	
LEN	Длина линии	м	
Схема замещения линии передачи без потерь при расче-
те переходных процессов или режима по постоянному току
изображена на рис. 6. При расчете частотных характерис-
тик эта линия представляет собой безинерционное звено.
Пример:
Т1 1 2 3 4 Z0=50
Т2 1 2 3 4 Z0=75 TD=115ns
ТЗ 1 2 3 4 Z0=75 F=4.5MEG
Т4 1 2 3 4 Z0=75 F=4.5MEG NL=0.5
Линия передачи с потерями
Форма описания включения в схему:
Т<имя> <+узел порта А> <-узел порта А> <+узел порта В>
<-узел порта В>
+ [<имя модели> [электрическая длина]] 1_ЕМ=<значение>
П=<значение>
+ Ь=<значение> С=<значение> С=<значение>
Форма описания модели:
.Model <имя модели> Тгп (параметры модели)
Здесь Len - длина линии (м); R, L, G, С - погонные со-
противления линии (Ом/м), индуктивность (Гн/м), прово-
димость (См/м), емкость (Ф/м). Модель линии передач с
потерями характеризуется параметрами, указанными в
табл. 11.
Длину линии можно указывать в любых единицах, напри-
мер в километрах, если соответствующим образом пересчи-
тать значения погонных параметров R, L, G и С. По этим
данным аналитически рассчитывается комплексный коэф-
фициент передачи линии. Анализ переходных процессов
производится с помощью интеграла свертки с импульсной
характеристикой линии, которая вычисляется как пре-
образование Фурье коэффициента передачи.
Модель линии передачи с потерями требует больших зат-
рат времени и не обеспечивает достаточной точности рас-
четов. Поэтому иногда приходится самостоятельно со-
ставлять их цепочечные схемы замещения (рис. 7). Обратим
внимание на то, что в программе PSPICE используется дру-
гая, аналитическая модель линии передачи с потерями, тре-
бующая больших вычислительных затрат.
В представленных моделях можно учесть частотные за-
висимости погонных параметров R, L, G, существенные при
моделировании реальных протяженных линий передачи. Для
этого необходимо задать выражения для параметров R(s) и
G(s) как функций комплексной переменной s. Таким обра-
зом, имитируется частотная зависимость поверхностного эф-
фекта и потерь в диэлектрике.
Линия передачи с потерями при R = G = 0 и LEN = 1 м
эквивалентна идеальной линии с волновым сопротивлением
zo=/r
и временем задержки
td = lenVlc.
35
софт
Связанные линии передачи
Форма описания включения в схему:
К<имя> Т<имя 1-й линии передачи>Т<имя 2-й линии пе-
редачи>
+ Сш=<взаимная емкость> 1_ш=<взаимная индуктивность>
Рис. 8. Нелинейная (а) и линейная (б) схемы замещения
диода с включением источников внутреннего шума
Здесь Ст (Ф/м) и Lm (Гн/м) - взаимные емкости и индук-
тивности связанных линий [32]. Эти параметры представля-
ют собой недиагональные элементы симметричных матриц
взаимных емкостей и индуктивностей.
с _|С11 С12 | L-fLl1 Ll2 |
^C2i C22 J ^L2-i L22 J
где C12 = C21= -Cm, L12 = L21 = -Lm.
Диагональные элементы матрицы взаимных емкостей
равны
cii ~ cig + ^JCij|;
(И
где Ciq - погонная емкость i-й линии передачи; Ln, L22 - по-
гонные индуктивности первой и второй линий передач соот-
ветственно.
Применяемый в программе PSPICE метод моделирова-
ния связанных линий является приближенным и обеспечи-
вает удовлетворительные результаты для линий с малыми
потерями.
Схемотехника №6 июнь 2001
Таблица 12. Параметры модели диода
Имя	Параметр	Размер- ность	Значение по умолчанию
AF	Показатель степени в формуле фликкер-шума	-	1
BV	Обратное напряжение пробоя (положительная величина)	в	со
CJO	Барьерная емкость при нулевом смещении	ф	0
EG	Ширина запрещенной зоны	эВ	1,11
FC	Коэффициент нелинейности барьерной емкости прямосмещенного перехода	—	0,5
IBV	Начальный ток пробоя, соответствующий напряжению BV положительная величина)	А	Ю"10
IBVL	Начальный ток пробоя низкого уровня	А	0
IKF	Предельный ток при высоком уровне инжекции	А	СО
IS	Ток насыщения при температуре 27°С	А	Ю"14
ISR	Параметр тока рекомбинации	А	0
KF	Коэффициент фликкер-шума	-	0
M	Коэффициент лавинного умножения	-	0,5
N	Коэффициент инжекции	-	1
NBV	Коэффициент не идеальности на участке пробоя	-	1
NBVL	Коэффициент не идеальности на участке пробоя низкого уровня	—	1
NR	Коэффициент эмиссии для тока ISR		2
RS	Объемное сопротивление	Ом	0
TVL1	Линейный температурный коэффициент BV	°C1	0
TVL2	Квадратичный температурный коэффициент BV	°C2	0
TIKF	Линейный температурный коэффициент IKF	°C1	0
TRS1	Линейный температурный коэффициент RS	°C1	0
TRS2	Квадратичный температурный коэффициент RS	°C2	0
TT	Время переноса заряда	с	0
VJ	Контактная разность потенциалов	в	1
ХП	Температурный коэффициент тока насыщения	—	3
T ABS	Абсолютная температура	°C	27
T Measured	Температура измерений	°C	27
T Rel Global	Относительная температура	°C	0
TRelLocal	Разность между температурой диода и модели-прототипа	°C	0
36
софт
Пример*
Пусть имеются две связанные линии передачи, задавае-
мые соотношениями:
Т1 1 0 2 О R=.31 L=.38u G=6.3u С=70р LEN=1
Т2 3 0 4 О R=.29 L=.33u G=6.0u С=65р LEN=1
К12 Т1 Т2 Lm=.04u Cm=6p
Тогда для их моделирования составляются матрицы взаим-
ных емкостей и индуктивностей из элементов, описанных ниже.
Диод
Форма описания включения в схему:
□<имя> <узел(+)><узел(-)> [<имя модели>]
Форма описания модели:
.Model <имя модели> D [<параметры модели>]
Схема замещения полупроводникового диода (рис. 8) со-
стоит из идеального диода, изображенного в виде нелиней-
ного зависимого источника тока l(V), емкости р-п перехода
С и объемного сопротивления RS. Параметры математичес-
кой модели диода приведены в таблице 12.
Примеры:
.Model KD512A D (IS=2.12E-15A RS=9.2 BV=15 IBV=1E-
11A)
*
.Model KD503A D (IS=7.920E-13 RS=2.3 CJO=1,45p M=0.27
TT=2.19E-9
+ VJ=0.71 BV=30 IBV=1E-11 EG=1.11 FC=0.5XTI=3 N=1.11)
.Model D9B D (IS=5uA RS=14 BV=28 IBV=5uA)
*
.Model KD220A D (IS=1.120E-11 N=1.25 RS=7.1E-2
CJO=164.5pTT=1.23E-9
+ M=0.33 VJ=0.65 BV=400 IBV=1E-11 EG=1.11 FC=0.5
XTI=3)
*
.Model KD212A D (IS=1.26E-10 N = 1.16 RS=0.11
CJO=140.7p M=0.26 TT=1.27E-8
+ VJ=0.73 BV=200 IBV=1E-10 EG=1.11 FC=0.5XTI=3)
*
.model KS133A D (ls=89.00E-15 N=1.16 RS=25 Cjo=72.00p
TT=57.00n
+ M=0.47 VJ=0.80 FC=0.5
BV=3.3 IBV=5u EG=1.11 XTI=3)
*
.model KS156AD (ls=3.600E-12
N = 1.52 RS=13 Cjo=94.00p
TT=160.0n
+ M=0.41 VJ=0.80 FC=0.5
BV=5.6 IBV=5u EG=1.11 XTI=3)
.model D814G D (ls=.1067E-12
N = 1.12 RS=3.4 Cjo=28.08p
TT=68.87n
+ M=0.43 VJ=0.75 FC=0.5
BV=11 IBV=1u EG=1.11 XTI=3)
Ток утечки диода можно
учесть, включив параллельно
диоду резистор с большим со-
противлением (около 100 МОм).
Это также поможет облегчить
некоторые проблемы сходимо-
сти.
Для диодов с барьером Шоттки
ширину запрещенной зоны EG
необходимо выбрать равной 0,69,
в то время как температурный ко-
эффициент тока насыщения XTI
должен быть равен 2.
Варакторы очень похожи на
плоскостные диоды и поэтому мо-
гут быть смоделированы с исполь-
зованием стандартной модели диода путем выбора соответ-
ствующего параметра CJO, VJ, и М.
Биполярный транзистор
Форма описания включения в схему:
0<имя> <узел коллектора> <узел базы> <узел эмиттера>
<имя модели>
Форма описания модели:
.Model <имя модели> NPN [<параметры модели>]; бипо-
лярный п-р-п
.Model <имя модели> PNP [<параметры модели>]; бипо-
лярный р-п-р
В программе PSPICE используется схема замещения бипо-
лярного транзистора в виде адаптированной модели Гумме-
ля-Пуна (рис. 9), которая по сравнению с исходной моделью
позволяет учесть эффекты, возникающие при больших сме-
щениях на переходах. Параметры полной математической
модели биполярного транзистора приведены в табл. 13.
На схемах замещения биполярного п-р-п транзистора
(рис. 9-11) приняты следующие обозначения: 1ь-токбазы;
lc - ток коллектора; 1Ье1 - ток коллектора в нормальном
режиме; 1Ьс1 -ток коллектора в инверсном режиме; lbe2, lbc2
- составляющие тока перехода база-эмиттер, вызванные
неидеальностью перехода; ls - ток подложки; Vbe , Vbc -
напряжения на переходе “внутренняя база”-эмиттер и “внут-
ренняя база”-коллектор; Vbs - напряжение “внутренняя
база”-подложка; Vbn- напряжение “внутренняя база”-под-
ложка для режима квазинасыщения; Vbx- напряжение база-
“внутренний коллектор”; Vce - напряжение “внутренний кол-
лектор”-“внутренний эмиттер”; VjS - напряжение
“внутренний коллектор”-подложка для NPN-транзистора,
напряжение “внутренняя подложка”-коллектор для PNP-
транзистора или напряжение “внутренняя база”-подложка
для LPNP-транзистора.
Линейная схема замещения биполярного транзистора
(рис. 11) дополнительно содержит источники флуктуацион-
ных токов. Тепловые шумы 1шКВ , 1шКС и 1шКЕ, создаваемые
резисторами RB, RC и RE, имеют спектральные плотности
SRB = 4kT/Rb, SRC = 4kT/(RC/Area), SRE = 4kT/(RE/Area).
37
Схемотехника №6 июнь 2001
Таблица 13. Параметры биполярного транзистора
Имя	Параметр	Размер- ность	Значение по умолчанию
AF	Показатель степени, определяюцуй зависимость спектральной плотности фликкер- шума от тока через переход			1
BF	Максимальный коэффициент передачи тока в нормальном режиме в схеме ОЭ (без учета токов утечки)			100
BR	Максимальный коэффициент передачи тока в инверсном режиме в схеме ОЭ	—	1
CJC	Емкость коллекторного перехода при нулевом смещении	ф	0
CJE	Емкость эмиттерного перехода при нулевом смещении	пФ	0
CJS	Емкость коллектор-подложка при нулевом смещении	ф	0
EG	Ширина запрещенной зоны	эВ	1,11
FC	Коэффициент нелинейности барьерных емкостей прямосмещенных переходов	—	0,5
Gamma	Коэффициент легирования эпитаксиальных областей	—	10 11
IKF	Ток начала спада зависимости BF от тока коллектора в нормальном режиме	А	оо
IKR	Ток начала спада зависимости BF от тока эмиттера в инверсном режиме	А	оо
IRB	Ток базы, при котором сопротивление базы уменьшается на 50% полного перепада между RB и RBM	А	оо
IS	Ток насыщения при температуре 27°С	А	10 16
ISC	Ток насыщения утечки перехода база-коллектор	А	0
ISE	Ток насыщения утечки перехода база-эмиттер	А	0
ISS	Обратный ток р-п перехода подложки	А	0
ITF	Ток, характеризуюцуй зависимость TF от тока коллектора при больших токах	А	0
KF	Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликкер-шума	—	0
MJC	Коэффициент плавности коллекторного перехода	—	0,33
MJE	Коэффициент плавности эмиттерного перехода	—	0,33
NC	Коэффициент неидеальности коллекторного перехода	—	1,5
NE	Коэффициент неидеальности перехода база-эмиттер	—	1,5
NF	Коэффициент неидеальности в нормальном режиме	—	1
NK	Коэффициент, определяюцуй множитель Qb	—	0,5
NR	Коэффициент неидеальности в инверсном режиме	—	1
NS	Коэффициент неидеальности перехода подложки	—	1
PTF	Дополнительный фазовый сдвиг на граничной частоте транзистора frD=1/(2pTF)	Град.	0
QCO	Множитель, определяюпуй заряд в эпитаксиальной области	Кл	0
RB	Объемное сопротивление базы (максимальное) при нулевом смещении перехода база-эмиттер	Ом	0
RBM	Минимальное сопротивление базы при больших токах	Ом	RB
RC	Объемное сопротивление коллектора	Ом	0
RCO	Сопротивление эпитаксиальной области	Ом	0
RE	Объемное сопротивление эмиттера	Ом	0
TF	Время переноса заряда через базу в нормальном режиме	С	0
TR	Время переноса заряда через базу в инверсном режиме	с	0
TRB1	Линейный температурный коэффициент RB	ОС~1	0
TRB2	Квадратичный температурный коэффициент RB	оС-2	0
TRC1	Линейный температурный коэффициент RC	ОС~1	0
TRC2	Квадратичный температурный коэффициент RC	оС-2	0
TRE1	Линейный температурный коэффициент RE	ОС~1	0
TRE2	Квадратичный температурный коэффициент RE	оС-2	0
TRM1	Линейный температурный коэффициент RBM	ОС~1	0
TRM2	Квадратичный температурный коэффициент RBM	оС-2	0
VAF	Напряжение Эрли в нормальном режиме	в	оо
VAR	Напряжение Эрли в инверсном режиме	в	оо
VJC	Контактная разность потенциалов перехода база-колтлектор	в	0,75
38
софт
Таблица 13 (окончание)
V0	Напряжение, определяющее перегиб зависимости тока эпитаксиальной области	В	10
VTF	Напряжение, характеризующее зависимость TF от смещения база-коллектор	В	со
XCJC	Коэффициент расщепления емкости база-коллектор CJC	—	1
XCJC2	Коэффициент расщепления емкости база-коллектор CJC	—	1
хтв	Температурный коэффициент BF и BR	—	0
XTF	Коэффициент, определяющий зависимость TF от смещения база-коллектор	—	0
XTI	Температурный коэффициент IS		3
Т Abs	Абсолютная температура	°C	27
TMeasured	Температура измерений	°C	27
TRelGlobal	Относительная температура	°C	0
TRelLocal	Разность мевду температурой транзистора и модели-прототипа	°C	0
Источники тока 1шВ, 1шС, характеризующие дробовой и
фликкер-шумы в цепях базы и коллектора, имеют, соответ-
ственно, спектральные плотности
Sb = 2qlb + KF-lbAF/f, Sc = 2qlc.
В выражении для спектральной мощности теплового шума
Area - скалярный коэффициент. Он позволяет учесть парал-
лельное соединение однотипных транзисторов, для чего в при-
веденной выше модели изменяются следующие параметры:
IS = IS Area, ISE = ISE Area, ISC = ICS Area, ISS = ISS Area,
IKF = IKF Area, IKR = IKRArea, IRB = IRB Area, ITF = ITF Area,
CJC = CJC Area, CJE = CJE Area, CJS = CJS Area, RE = RE/
Area, RC = RC/Area, QCO = QCOArea.
Значение коэффициента Area указывается в задании на
моделирование при включении транзистора в схему. По
умолчанию Area = 1.
Олег Петраков,
petrakov@mtu-net.ru
Продолжение следует
технологии
Пластификаторы
и другие дополнительные
исходные материалы
Пластификаторами (в отличие от растворителей) называются ве-
щества, представляющие собой нелетучие жидкости, сохраняющие-
ся в пленке после высыхания и сообщающие ей эластичность.
Пластификаторы могут ра-
створять пленкообразующие
вещества, а могут не раство-
рять. В последнем случае их назы-
вают пластификаторы-разбавители,
или размягчители. Сущность процес-
сов пластификации пленкообразую-
щих веществ заключается:
•	в действии пластификатора как
нелетучего активного раствори-
теля;
•	в функции пластификатора, ана-
логичной процессу смазки.
Растворяющие (желатинизирую-
щие) пластификаторы оказывают от-
рицательное влияние на механичес-
кие и электрические свойства
пленок, наряду с этим растет их пла-
стичность и растяжимость. Нера-
створяющие (нежелатинизирующие)
пластификаторы выполняют чисто
механическую роль, облегчая взаим-
ное скольжение частиц между собой.
Для получения однородной пленки
необходимо, чтобы пластификатор
совмещался с пленкообразующим
веществом. Некоторые виды плас-
тификаторов могут быть использова-
ны как смолы, например полиэфир-
ные смолы, резилы и др.
16Н22О4),
Сложный эфир нормального бути-
лового спирта и ортофталевой кис-
Дибутилфталат (С
(ГОСТ 8728-66)
лоты. Бесцветная или слегка жел-
товатая жидкость удельного веса
1,046-1,047, с температурой кипе-
ния 340°С. Применяется для эфи-
ров целлюлозы, полиэфирных и
эпоксидных смол, смешивается с
маслами и углеводородами, дает
пластичные пленки и композиции.
Трикрезилфосфат (С6Н4СН3)РО4
(ГОСТ 5728-51)
Сложный эфир трикрезола и ор-
тофосфорной кислоты. Бесцветная
жидкость без запаха, имеющая низ-
кую светостойкость (пленка быстро
желтеет). Удельный вес 1,179, тем-
пература кипения 180-275°С. При-
меняется как пластификатор для
поливинилхлорида, нитроцеллюло-
зы и других композиций.
Трифенилфосфат (С6Н5)3РО4
(ТУМХП 637-47)
Сложный эфир фенола и орто-
фосфорной кислоты. Белые крис-
таллы без запаха. Удельный вес
1,185, температура плавления 49°С,
температура кипения 260°С. Приме-
няется, в основном, как пластифи-
катор для ацетилцеллюлозы и дру-
гих композиций.
В последнее время стали приме-
няться эфиры адипиновой и себаци-
новой кислот, дибутиловый, диакри-
ловый и др.
Для изготовления эпоксидных
компаундов в качестве пластифика-
торов широко применяются, кроме
упомянутых выше, и такие веще-
ства, как жидкий тиокол, полиэфир
№220 и другие полиэфиры. Часто
жидкие (низкомолекулярные) плас-
тификаторы добавляют для сниже-
ния вязкости компаундов, но они не
являются активными разбавителя-
ми и могут легко улетучиваться из
пленкообразующих соединений.
Кроме описанных выше пласти-
фикаторов, в производстве электро-
изоляционных лаков и компаундов
применяется еще целый ряд допол-
нительных исходных материалов, к
которым относятся активные разба-
вители, отвердители, катализаторы
(инициаторы), ускорители (актива-
торы) и ингибиторы. Физико-хими-
ческие свойства важнейших из них
приведены в табл. 1.
Стирол (С6Н5СН=СН2) -
винилбензол, фенилэтилен
(ГОСТ 10003-67)
Бесцветная жидкость, в присут-
ствии стабилизатора допускается
слабо-желтая окраска. Имеет спе-
цифический запах. Получается па-
рафазным дегидрированием этил-
бензола. Содержание основного ве-
щества 99,6-99,8%. Показатель
преломления при 20°С 1,546-1,547.
Применяется в производстве элек-
троизоляционных компаундов в ка-
честве компонента и активного раз-
бавителя.
Перекись бензоила (СБН5СО)2О2,
СТУ12-10-303-64
Белые или слегка желтоватые
гранулы размером 2-5 мм. Получа-
ется окислением хлористого бензо-
ила перекисью водорода в щелоч-
Схемотехника №6 июнь 2001
Таблица 1
Наименование	Внешний вид	Молекулярная масса	Плотность, г/см	Температура плавления, °C	Температура кипения, °C	Назначение
Дибутилфталат	Бесцветная или слегка желтоватая маслянистая жидкость	278,34	1,046		340	Пластификатор
Т рикрезилфосфат	Бесцветная, прозрачная однородная маслянистая жидкость без видимых механических примесей	368,36	1,17		275-280	Пластификатор
Т рифенилфосфат	Белые кристаллы без запаха	326	1,185	49	260	Пластификатор
Стирол	Бесцветная жидкость со специфическим запахом	104,14	0,906	-30,6	145	Активный разбавитель
Перекись бензоила	Белые или слегка желтоватые гранулы размером 2-5 мм	242,08		98		Катализатор (инициатор)
Диметиланилин	Жидкость от светло-желтого до желтого цвета	121,18	0,955-0,958	1,8-2	193-195	Ускоритель (активатор)
Г идрохинон	Кристаллы белого, серого или светло- коричневого цвета	110,05	1,324	170-175	285	Ингибитор
Хингидрон	Темно-зеленые кристаллы с металлическим блеском	218,21				Ингибитор
40
технологии
Таблица 2
Содержание, %	Сорт 1	Сорт II
Диметиланилин, не более	99	99
Монометиланилин, не более	0,4	1,1
Вода, не более	0,1	0,1
Анилин	Отсутствует	Отсутствует
ной среде. Перекись бензоила яв-
ляется огнеопасным веществом,
способным взрываться при ударе,
нагревании или трении, при попа-
дании брызг серной кислоты может
воспламениться. Содержание пере-
киси бензоила в сухом продукте не
менее 96 %. Влага 20-35%. Темпе-
ратура плавления сухого продукта
не ниже 98°С. Применяется как ка-
тализатор реакции полимеризации
в производстве электроизоляцион-
ных компаундов.
Диметиланилин (C6H5N(CH3)2),
ГОСТ 2168-71
Маслянистая прозрачная жид-
кость от светло-желтого до желтого
цвета. Получается из анилина и ме-
тилового спирта. Процентное со-
держание компонентов для различ-
Таблица 3
Содержание, %	Марка А	Марка Б
Г идрохинона	99	99
Железа, не более	0,002	0,02
Тяжелых металлов (РЬ), не более	0,002	0,002
ных марок приве-
дено в таблице 2.
Весьма токсичен,
действует на не-
рвную систему и
кровь. Горюч, тем-
пература воспла-
менения паров 37-
90°С. Применяется
в качестве ускорителя реакции по-
лимеризации в производстве элек-
троизоляционных компаундов.
Гидрохинон парадиоксибензол
[С6Н4(ОН2], ГОСТ2549-60
Однородный кристаллический по-
рошок или кристаллы белого, серого
или светло-коричневого цвета. По-
лучается окислением анилина и пос-
ледующим восстановлением образу-
ющегося хинона до гидрохинона.
Процентное содержание компонен-
тов гидрохинона для различных ма-
рок приведено в таблице 3.
Пигменты
Пигменты, применяемые для из-
готовления покровных электроизо-
ляционных эмалей, представляют
собой высокодисперсные неоргани-
ческие вещества, соли или окислы
металлов, назначение которых -
придание лаковой пленке твердо-
сти, плотности и механическую
прочности, а также повышение ее
атмосферной коррозионной стойко-
сти с обеспечением требуемой ок-
раски. Неорганический пигмент, вво-
димый в лак, не является абсолют-
но инертным наполнителем по от-
ношению к пленкообразующим ве-
ществам. В процессе образования
лаковой пленки компоненты, входя-
щие в состав пленкообразующих
веществ, в какой-то степени реаги-
руют с пигментом, причем возника-
ют сложные физико-химические
процессы, в результате которых об-
разуется плотная, твердая лаковая
пленка. Таким образом, пигменти-
рованные лаки или эмали можно
рассматривать как композицию не-
органического наполнителя, хими-
чески и механически связанного с
органической основой лака. Важ-
ным техническим свойством пиг-
мента являются его укрывистость,
степень дисперсности, маслоем-
кость, а также взаимное влияние
пигмента наполнителя и пленкооб-
разующего. В производстве элект-
роизоляционных эмалей наиболее
широкое распространение нашли
литопон, цинковые и титановые бе-
лила, железный сурик, пиролюзит и,
для полупроводящих лаков, специ-
альные сорта сажи и коллоидный
графит (таблица 4).
Литопон представляет собой су-
хой белый пигмент, состоящий из
смеси сернистого цинка ZnS и сер-
нокислого бария BaSO4. Титановые
белила (ТЮ2) - белый пигмент,
представляющий собой двуокись
титана. Различают три марки тита-
новых белил: Т-М, Т-1 и Т-2.
Цинковые белила, или окись
цинка, получают окислением цинка
Таблица 4
Показатель	Литопон (ГОСТ 907-53)	Титановые белила (ГОСТ 9808-65)			Окись цинка (ГОСТ 202-62)				Сурик железный (ГОСТ 8135-62)	Пиролюзит (ТУ НКХП 384-45)	Сажа (ГОСТ 7885-68)	
		Т-М	Т-1	Т-2	M-I	М-2	М-3	М-4			Печная	Лампо- вая
Плотность, г/см-2	4,2		-4			5,5			3,8			
Содержание основного вещества, %, не	29,0 (ZnS)	98 (ТЮ2)	98 (ТЮ2)	98 (Ti02)	99,5 (ZnO)	99,0 (ZnO)	9,0 (ZnO)	99,0 (ZnO)	75 (F2O3)	70 (МпО2)		
Содержание окиси цинка, %, не более	1,75											
Укрывистость, г/м2, не более	120											
Остаток при мокром просеве через сито с 10000 отверстий на 1 см2	1,5											
Остаток на сите с 49 000 отверстий на 1 см2, %, не более		0,5	0,75	1	0,3	1	1,5	0,5			0,02 на сите 0,16	0,005
Влажность, %, не более	0,5	0,6	0,6	0,75					3		0,5	0,5
Летучих, %, не более											0,5	0,1
41
технологии
при высокой температуре в муфель-
ных печах. В зависимости от диспер-
сности цинковые белила выпускают-
ся четырех марок: М-1, М-2, М-3 и
М-4.
Сурик железный - пигмент кир-
пично-красного цвета, добывается
из железной руды путем ее перера-
ботки, которая заключается в обжи-
ге и отмучивании.
Пиролюзит, или перекись мар-
ганца, встречается в природе в виде
руды, а также получается искусст-
венным путем. Представляет собой
куски или зерна почти черного цве-
та (с темно-коричневым оттенком).
Качество его определяется содер-
жанием перекиси марганца (МпО2)
в продукте, которое должно быть не
менее 70%.
Сажа - тонкий порошок или гра-
нулированный продукт аморфного
углерода черного цвета, продукт не-
полного сгорания или термическо-
го разложения газообразных, жид-
ких или твердых углеводородов или
их смеси. Сажа вырабатывается
различных марок. Для производства
полупроводящих лаков применяет-
ся сажа форсуночная марок А и Б,
сажа печная газовая ДГ-100 или
ламповая.
Наполнители
Наполнители представляют со-
бой порошкообразные или волок-
нистые материалы, главным обра-
зом неорганические, которые вво-
дятся в компаунд или лак с целью
уменьшения усадки при отверде-
нии, для увеличения теплопровод-
ности, уменьшения термического
коэффициента, увеличения меха-
нической прочности, а также сни-
жения стоимости. Наиболее широ-
Таблица 5
Показатель в %	Кварц молотый пылевидный (ГОСТ 9077-59)			Тальк молотый, марка А (ГОСТ 879-52)		Сажа белая (ВТУ-УХ-Л1-115-59)	Мел сепарированный (ГОСТ 842-52), марка	
	КП-1	КП-2	КП-3	Сорт 1	Сорт 2		А	В
Содержание основного вещества, не менее	98 (Si02)	98 (Si02)	98 (Si02)				98,5 (СаСо3)	98 (СаСоЗ)
Содержание влаги, не более	2	2	2	0,5	0,5	6,5	0,2	0,2
Содержание железа металлического, не более	0,05	0,05	Не нормиру- ется					
Остаток на сите 0,16	1	2	1			0,02	0,005	0,5
Остаток на сите 0,10	2,5	5	2,5					
Остаток на сите 0,063	10	10	10					
Прокаленный нерастворимый в соляной кислоте остаток, не менее				87	Не нормиру- ется			
Содержание нерастворимых в соляной кислоте, не более							0,8	1,3
Схемотехника №6 июнь 2001
Таблица 6
Показатель	Марка		
	С-1	С-2	с-з
Содержание золы в %, не более	1,5	2	2,5
Содержание в золе нерастворимых в соляной кислоте веществ в пересчете на коллоидно- графитовый препарат, %, не более	0,8	1	1,3
Абразивные свойства	При растирании в течение 15 с между двумя стеклянными пластинками на их поверхности не должно образовываться царапин		
Размер частиц, мкм, не более	4	15	30
Остаток после просева на сите 0,063, %, не более	0,5	0,5	Не нормиру- ется
Содержание влаги, %, не более	0,5	0,5	0,5
Уменьшение концентрации графита в водной суспензии после отстаивания в течение 1ч, %, не более	40	Не нормиру- ется	Не нормиру- ется
кое распространение получили
следующие материалы: кварц мо-
лотый пылевидный (маршалит),
тальк, сажа белая, мел, молотая
слюда, асбестовое и стеклянное
волокно и другие (таблица 5).
Кварц молотый пылевидный
(SiO2) изготавливается способом по-
мола чистого кварцевого (стекольно-
го) песка до тонкодисперсного состо-
яния. В зависимости от физико-хими-
ческих свойств различают три марки
кварца: КП-1, КП-2 и КП-3. Для зали-
вочных и обмазочных компаундов
применяется кварц КП-1 и КП-2.
Тальк молотый представляет
собой продукт механического из-
мельчения горной породы тальки-
та, основным компонентом которо-
го является минерал тальк
(4SiO23MgOH2O). Выпускается
двух сортов, которые применяют-
ся в качестве наполнителей для за-
42
технологии
ливочных и обмазочных компаун-
дов.
Сажа белая - осажденный и вы-
сушенный гидрат двуокиси кремния
(SiO2), применяется для эмали К-59
и др.
Мел (СаСО3) представляет собой
сепарированный порошкообразный
продукт, получаемый из природно-
го мела путем его дробления, суш-
ки, размола и отвеивания в воздуш-
ных сепараторах. Сепарированный
мел выпускают двух марок: А и Б.
Графит коллоидный представ-
ляет собой коллоидно-графитовый
препарат на основе высокодиспер-
сного малозольного сухого искусст-
венного графита. Применяется в
качестве наполнителя для получе-
ния композиций с пониженным элек-
трическим сопротивлением. В зави-
симости от размера частиц графит
выпускается трех марок: С-1, С-2 и
С-3 (таблица 6).
Александр Воробьев,
alex@hit.mldnet.com
“Пломбы” для шестеренок
Иногда ремонт лентопротяжных механизмов видеомагнитофонов,
видеокамер, ксероксов и прочей техники “упирается” в сломанный
зуб какой-нибудь шестеренки (рис. 1, сектор 1). Шестеренка эта
либо очень дорого стоит, либо ее практически невозможно дос-
тать. Автор надеется, что метод, изложенный ниже, будет досту-
пен многим мастерам-ремонтникам.
а ля начала необходимо изгото-
вить из парафина оттиск шестер-
ни. Для этого от парафиновой
диаметром 25-40 мм отрезать
цилиндр высотой 15-20 мм. Затем нуж-
но хорошо разогретым тонким паяль-
ником расплавить парафин с торца
цилиндра на 1/2 диаметра и на 1-2 мм
глубже, чем толщина шестерни. Далее
в жидкий парафин следует положить
ту часть шестерни, которая имеет все
целые зубья. Выступивший парафин
паяльником расплавляют до полного
заполнения всего пространства меж-
ду зубьями. Для страховки можно
сверху капнуть 3-4 капли расплавлен-
ного парафина, после чего необходи-
мо отставить эту конструкцию до пол-
ного остывания и затвердения парафи-
на.
Как только парафин застыл, скаль-
пелем или резаком снимают тонкими
слоями его излишки с верха шестер-
ни (на рис. 1, сектор 2 парафин для
наглядности покрыт тонким слоем
краски). Затем аккуратным, несиль-
ным пошатыванием извлекают шесте-
ренку из парафинового цилиндра.
Если что-то не получилось (дефекты
в оттиске, вырвались выемки и т. д.),
то процедуру повторяют до получения
четного отпечатка зубьев.
Теперь необходимо подготовить саму
шестеренку. Для этого будет удобно
воспользоваться микродрелью для
сверления плат или маленьким свер-
лильным станком. Зубные боры, уже
непригодные для лечения зубов, но
вполне подходящие для проведения по-
добных операций, можно достать у лю-
бого стоматолога. Кстати, там же мож-
но приобрести и микроабразивные кам-
ни и шлифовальные круги. Маленьким
зубным бором напротив сломанного
зуба в теле шестерни фрезеруется вы-
емка (рис. 1, сектор 3). Глубина выем-
ки составляет 2/3 или 3/4 от толщины
шестерни. Далее шестеренку необхо-
димо как следует обезжирить. Для это-
го можно воспользоваться кисточкой и
бензином “Галоша” или растворителем
марки 646-647. Пока ше-
стеренка сохнет, разво-
дят эпоксидный клей в
традиционных пропорци-
ях. Его понадобится со-
всем немного, но необхо-
димо очень тщательно
перемешать составные
части клея. Затем выби-
рается самый четкий от-
печаток зуба на парафи-
новом цилиндре и игол-
кой заполняется клеем.
После этого нужно как
можно точнее вложить
шестерню выемкой
вверх в отпечаток. Затем
в выемку вкладывается
“арматура” - кусочек
стальной иголки или тонкого поломан-
ного сверла. Желательно край “арма-
туры”, подлежащий укладке в парафи-
новый отпечаток, обточить мелким аб-
разивом или наждачной бумагой по
форме зуба, т. е. придать ему клино-
видную форму. После укладки “арма-
туры” выемку до краев заполняют кле-
ем и топят в нем короткие кусочки тон-
ких ниток (рис. 1, сектор 4). Лучше, если
это будут лавсановые, камелановые
или шелковые нитки (они обладают
большой прочностью). Необходимо
проследить, чтобы нитки как следует
пропитались клеем. Получившийся от
добавления ниток бугорок клея лучше
не трогать до полного застывания.
После полимеризации клея шестер-
ню извлекают из парафина и надфилем
снимают бугорок на боку шестеренки.
Если получились "литнички” между зу-
бьями, их можно срезать лезвием бе-
зопасной бритвы или пилочкой для ног-
тей (алмазной).
Остается добавить, что таким спосо-
бом восстанавливались разнообраз-
ные тяги, кронштейны, зацепы и про-
граммные шестерни аппаратов с меха-
нической логикой.
Андрей Тишкунов,
root@amr.novshah.donpac.ru
Редакция журнала
“Схемотехника”
приглашает авторов
к сотрудничеству.
Все материалы
оплачиваются.
(095)737-9279,
768-9456
e-mail: shemotech@mtu-net.ru
43
цифровая техника
Особенности перехода
от микроконтроллера АТ89С55
к микроконтроллеру AT89C55WD
фирмы Atmel
С начала этого года фирма Atmel отказалась от выпуска своего мик-
роконтроллера АТ89С55, а вместо него анонсировала и приступила
к выпуску нового контроллера AT89C55WD, который является пол-
ным аналогом микроконтроллера АТ89С55 на программном и аппа-
ратном уровне.
В новый микроконтроллер фирма
Atmel внесла ряд дополнений, ко-
торые позволяют ему работать в
системе более устойчиво и эффективно.
Ими являются:
•	возможность выхода из режима по-
ниженного потребления (Power-
Down Mode) не только по аппарат-
ному сбросу, но и по одному из
внешних прерываний;
•	использование аппаратного сторо-
жевого таймера;
•	использование двойного указателя
адреса данных (DPTRO, DPTR1);
•	использование флага выключения
питания;
•	использование трех дополнитель-
ных служебных регистров (AUXR,
AUXR1 и WDTRST).
Для того чтобы воспользоваться но-
выми возможностями микроконтролле-
ра AT89C55WD, необходимо включить
их поддержку в программный продукт.
При этом программы, написанные для
микроконтроллера АТ89С55, будут так-
же работать и на микроконтроллере
AT89C55WD без внесения в них изме-
нений, если вы не хотите воспользо-
ваться новыми возможностями. Если
вы желаете ознакомиться со способа-
ми использования новых возможнос-
тей, то они изложены ниже.
К сожалению, есть одно существенное
отличие нового микроконтроллера от его
старшего собрата. Оно заключается в
том, что производитель, по непонятной
причине, сменил вывод адреса А14 при
типа новую версию программного обес-
печения с поддержкой программирова-
ния данных микроконтроллеров на сво-
ем программаторе ChipProg+).
Описание новых возможностей
микроконтроллера
У AT89C55WD в отличие от АТ89С55
имеется новый специальный регистр
1. Вспомогательный регистр -
AUXR (адрес 0х8Е):
•	AUXR.O: DISALE (по сбросу равен
0) - бит включения/выключения сиг-
нала ALE; 0 - сигнал ALE становит-
ся активным с постоянной частотой,
равной 1/6 частоте генератора; 1 -
сигнал ALE становится активным
только при выполнении команд
MOVX или MOVC;
•	AUXR.3: DISTRO (по сбросу равен
0) - бит включения/выключения вы-
вода сброса; 0 - вывод сброса пе-
реходит в высокое состояние пос-
ле времени таймаута сторожевого
таймера; 1 - вывод сброса работа-
ет как обычный сброс;
•	AUXR.4: WDIDLE (по сбросу равен
0) - бит включения/выключения сто-
рожевого таймера в режиме IDLE;
0 - сторожевой таймер продолжает
работать при входе микроконтрол-
лера в режим IDLE; 1 - сторожевой
таймер не работает при входе мик-
роконтроллера в режим IDLE.
2. Вспомогательный регистр 1 -
AUXR1 (адрес 0хА2):
• AUXR1.0: DPS (по сбросу равен 0)-
бит выбора регистра указателя ад-
реса данных; 0 - выбран регистр
DPTRO (DPL0,DPH0); 1 - выбран ре-
гистр DPTR1 (DLP1,DPH1).
3. Флаг выключения питания
(POF). Данный флаг разместили в ре-
гистре PCON (адрес 0x87) в бите 4. Он
устанавливается в 1 при включении
питания, может быть установлен и
сброшен программно, но не подлежит
изменению при сбросе системы без
выключения питания.
Работа со сторожевым таймером
Сторожевой таймер предназначен
для борьбы с ситуациями, связанными
с зависанием микроконтроллера при
выполнении программы. Он содержит
14-разрядный счетчик и регистр сбро-
са сторожевого таймера (WDTRST -
адрес ОхАб). Сторожевой таймер по
умолчанию выключен, это сделано для
того, чтобы дать системе полностью
инициализироваться по внешнему
сбросу. Для включения сторожевого
таймера пользователю необходимо за-
писать последовательность из двух
байт 0x1 Е и 0хЕ1 в регистр WDTRST.
Когда сторожевой таймер включен, его
значение увеличивается на 1 на каж-
дом машинном цикле (при условии, что
работает генератор). Есть только один
способ выключить сторожевой тай-
мер - произвести сброс системы, т. е.
аппаратный сброс или сброс по пере-
полнению счетчика сторожевого тайме-
ра. При переполнении счетчика сторо-
жевого таймера на выводе RST фор-
мируется импульс высокого уровня, что
приводит к сбросу системы. Для того
чтобы не происходило переполнения
счетчика сторожевого таймера, необхо-
димо периодически производить его
сброс. С этой целью нужно записать
последовательность из тех же двух байт
(0x1 Е и 0хЕ1) в регистр WDTRST.
Андрей Бондаренко,
baf@by.rainbow.com
Схемотехника №6 июнь 2001
программировании
Flash-памяти. Так, у
АТ89С55 он заведен
на выв. 10 [РЗ.О], а у
AT89C55WD - на
выв. 14 [Р3.4] (рис. 1).
Для решения этой про-
блемы вам необходи-
мо либо приобрести
переходник для про-
граммирования
AT89C55WD (если
ваш программатор не
поддерживает его),
либо загрузить новое
программное обеспе-
чение для программа-
тора с сайта фирмы-
производителя
программатора (фир-
ма “Фитон” уже выпус-
Рис.1. Схема подключения микроконтроллеров АТ89С55 и AT89C55WD для программирования
+5В
О
АТ89С55
PGM
DATA
PROG
Vih/Vrp
RDY
BSY
Vih
44
цифровая техника
Микроконтроллерная система
управления усилителем мощности
с минимальным набором функций
В предыдущих номерах журнала (“Схемотехника”, №4-5/2001) была
описана конструкция усилителя мощности с довольно сложной мик-
роконтроллерной системой управления, которая имеет большое ко-
личество функций и развитую индикацию. Однако сейчас широко рас-
пространен другой дизайн усилителей - минималистский. Особенно
по душе он любителям аппаратуры Hi-End. Это обычно далекие от
техники люди, готовые поверить любым слухам. А слухи утвержда-
ют, что настоящий высококачественный усилитель не должен
иметь никаких удобств, иначе из-за наличия дополнительной элект-
роники звук будет хуже. Такие слухи не имеют под собой почвы, так
как проблема электромагнитной совместимости отдельных узлов
усилителя легко может быть решена. Но, тем не менее, минималис-
тский вариант усилителя также имеет право на существование, и
именно такой вариант описан в этой статье.
Описываемый вариант усилителя
имеет на передней панели лишь
сетевой выключатель и один
двухцветный светодиод. Управление
дежурным режимом усилителя осуще-
ствляется с помощью проводного дис-
танционного управления, которое под-
ключается к предварительному усили-
телю или другому компоненту комплек-
са, имеющему дистанционное
управление. Такой способ управления
дежурным режимом широко использу-
ется в фирменных аппаратах, например
в усилителе YAMAHA МХ-1. Если про-
водное дистанционное управление не
подключено, то усилитель просто вклю-
чается и выключается сетевым выклю-
чателем, никогда не переходя в дежур-
ный режим. Индикация режимов
работы усилителя производится одним
двухцветным светодиодом. Когда уси-
литель находится в дежурном режиме,
светодиод горит красным цветом. В
процессе включения основного питания
светодиод мигает зеленым цветом. Ког-
да основное питание включено, свето-
диод непрерывно горит зеленым цве-
том. При срабатывании защиты
светодиод мигает красным цветом.
Данный вариант построен на основе
усилителя, описанного в предыдущих
номерах журнала. Основные платы
45
цифровая техника
Схемотехника №6 июнь 2001
этих двух вариантов одинаковы, отли-
чия заключаются только в системе уп-
равления. В новом варианте она собра-
на на одной плате, на которой
установлен микроконтроллер, дежур-
ный источник питания и реле включе-
ния основных трансформаторов (рис.
1). Несмотря на существенное упроще-
ние, система управления реализует все
виды защит, которые были реализова-
ны в предыдущем варианте усилителя.
Для контроля уровней напряжения
питания усилителя используется встро-
енный в микроконтроллер компаратор.
На вход компаратора AIN1 поступает
опорное напряжение с делителя R1R2.
Резистор R3, подключенный к порту
Р3.7, обеспечивает необходимое изме-
нение опорного напряжения после
включения усилителя. На вход AINO
поступает напряжение с аналоговой
схемы, собранной на компараторе U3
типа LM339. Выходное напряжение
этой схемы равно наименьшему по мо-
дулю напряжению питания, умноженно-
му на коэффициент передачи. Всего
напряжений питания четыре, так как
левый и правый каналы имеют раздель-
ные источники питания. Два из этих
напряжений являются положительны-
ми, а два - отрицательными. Для поло-
жительных напряжений собраны неин-
вертирующие усилители на U3B и U3D.
Их коэффициент передачи равен при-
близительно 0,1. Он определяется ре-
зисторами R6R7 (R10R11) и R55 (на
основных платах). Для отрицательных
напряжений собраны инвертирующие
усилители на U3A и U3C. Их коэффи-
циент передачи, соответственно, равен
0,1 и определяется резисторами R8R9
(R12R13) и R56 (на основных платах).
Выходы всех усилителей объединены.
Это стало возможным в результате при-
менения в качестве U3 не ОУ, а компа-
ратора с открытыми коллекторными
выходами. В результате такого объеди-
нения в линейном режиме будет рабо-
тать только один из четырех усилите-
лей, входное напряжение которого по
модулю меньше. Именно это напряже-
ние, умноженное на коэффициент пе-
редачи, и будет присутствовать на вы-
ходе. Резистгр R25 является
нагрузочным, емкость С12 необходима
для обеспечения устойчивости усили-
телей. Диоды VD1-VD4 предотвраща-
ют попадание на входы усилителей на-
пряжения обратной полярности, а
диоды VD10-VD11 ограничивают отри-
цательное напряжение на входах ком-
параторов во избежание его выхода из
допустимого диапазона синфазного
входного напряжения.
При включении усилителя микроконт-
роллер сначала включает реле К1 и К2,
которые подключают основные транс-
форматоры через резисторы R21-R24.
При этом конденсаторы фильтров основ-
ных источников начинают заряжаться. В
это время осуществляется контроль за
всеми напряжениями питания, и как толь-
ко все они по модулю превысят уровень
примерно 30 В, срабатывает встроенный
компаратор, указывая микроконтролле-
ру на завершение этапа зарядки конден-
саторов. Если компаратор не срабатыва-
ет в течение отведенного времени, то
срабатывает защита и основные транс-
форматоры отключаются. Если зарядка
конденсаторов прошла успешно, то, спу-
стя некоторую защитную паузу, микрокон-
троллер включает реле КЗ и К4, которые
своими контактами закорачивают огра-
ничительные резисторы. При этом схе-
ма слежения за напряжениями питания
продолжает работать, но порог снижает-
ся примерно до 17 В. Это позволяет на-
пряжению довольно сильно “просажи-
ваться” под нагрузкой, однако при полном
пропадании одного из напряжений пита-
ния защита сработает.
После полного включения основных
трансформаторов проверяется состо-
яние сигналов готовности систем аппа-
ратной защиты (сигналы OKL и OKR),
и если они в норме формируется сиг-
нал ENB, разрешающий включение
реле нагрузки.
Для контроля температуры радиато-
ров использованы термометры DS1821
фирмы Dallas, которые запрограммиро-
ваны в режим термостата. При дости-
жении температурой порога в 70°С вы-
ход термометра переключается в
состояние низкого логического уровня,
что вызывает срабатывание защиты.
Обратное переключение происходит
при остывании радиаторов до 55°С.
Нужно отметить, что при программиро-
вании термостатов температурные по-
роги можно установить другими. Мож-
но вообще обойтись без температурной
защиты: в этом случае термометры
можно просто не подключать.
В случае срабатывания аппаратной
защиты на одной из основных плат, сни-
мается сигнал OKL или OKR. Это так-
же контролируется микроконтролле-
ром, который отключает основные
трансформаторы и включает соответ-
ствующую индикацию. Все сигналы с
основных плат поступают через разъе-
мы ХР1 и ХР2 типа IDC-10.
При срабатывании любой из защит
светодиод начинает мигать красным
цветом. Если условия, которые вызва-
ли перегрузку, исчезают, светодиод на-
чинает мигать желтым цветом (красный
+ зеленый). Это сигнализирует о том,
что усилитель готов к повторному вклю-
чению. Для реализации такой индика-
ции дополнительно анализируется сиг-
нал срабатывания защиты по току IOF.
Управление двухцветным светодиодом
осуществляется через ключи VT2 и VT3.
Сигнал дистанционного управления
поступает с разъема ХР4 на защитную
цепочку R16VD5VD6, далее на эмит-
терный повторитель на транзисторе
VT1. Он служит только для получения
гибкости при согласовании с разными
источниками сигнала дистанционного
управления. Необходимо отметить, что
сигнал дистанционного управления не
зря поступает на вход прерывания мик-
роконтроллера INTO. Хоть в данной вер-
сии программы это не используется, но
при соответствующей ее модификации
можно легко перейти на ИК дистанци-
онное управление. Для этого достаточ-
но на вход подключить интегральный
фотоприемник, а в программу добавить
текст декодера.
Для обеспечения высокой надежно-
сти работы применен супервизор U2
типа ADM1232 фирмы Analog Devices.
Для сброса встроенного сторожевого
таймера используется периодический
сигнал ST, который формируется про-
граммно на порту микроконтроллера
РЗ.О. Сигнал формируется только в том
случае, если функционирует как основ-
ная программа, так и внутреннее пре-
рывание таймера.
Дежурный источник питания обеспе-
чивает два уровня: +5 и +12 В. Уровень
+5 В используется для питания микро-
контроллера и вспомогательных микро-
схем. Уровень +12 В служит для пита-
ния реле и схем аппаратной защиты,
которые собраны на основных платах.
Основой дежурного источника являет-
ся трансформатор Т1, который, вмес-
те с выпрямителем VD9 и конденсато-
рами фильтра С5, С6, обеспечивает на
входе стабилизатора U4 постоянное
напряжение около 16 В. На выходе ста-
билизатора U4 получается напряжение
+12 В, а на выходе стабилизатора U5 -
напряжение +5 В. Микросхемы стаби-
лизаторов для охлаждения установле-
ны на шасси усилителя.
Остановимся на некоторых незначи-
тельных отличиях в основных платах
двух вариантов усилителя. В данном
варианте усилителя на плате устанав-
ливается разъем IDC-10 вместо IDC-16,
контакты 11-16 не используются. В свя-
зи с этим на платах можно не устанав-
ливать следующие элементы: VT23,
R68, R47-R54. Номиналы резисторов
R55 и R56 нужно уменьшить до 82 кОм.
Эти номиналы зависят от напряжения
питания усилителя, поэтому в некото-
рых случаях их придется подобрать та-
ким образом, чтобы нормальное вклю-
чение усилителя обеспечивалось даже
при пониженном до 187 В сетевом на-
пряжении. Попытка включения усили-
теля при более низком напряжении
сети должна приводить к срабатыванию
защиты. Как уже отмечалось выше, еще
одно отличие состоит в том, что вмес-
то термометров DS1820 применены
термометры DS1821, запрограммиро-
ванные в режим термостата.
Общая схема соединений усилителя
показана на рис. 2. В отличие от преды-
дущей версии усилителя, вся система
управления теперь собрана на одной
плате (Control Board), к которой через
разъемы ХР1 и ХР2 с помощью плоско-
го кабеля подключены основные платы
(Main Board L и Main Board R). К винто-
вым зажимам платы управления 1 и 2
подключен сетевой выключатель, кото-
рый установлен на передней панели.
Этот выключатель может быть рассчи-
46
цифровая техника
Рис. 2. Схема межблочных соединений усилителя
тан на небольшой ток, так как он комму-
тирует только первичную обмотку дежур-
ного трансформатора. К зажимам 3 и 4
подключен сетевой разъем, который
находится на задней панели. Зажимы 5-
8 предназначены для подключения пер-
вичных обмоток основных трансформа-
торов. Через разъем ХРЗ подключен
двухцветный светодиод, который смон-
тирован на небольшой плате на пере-
дней панели. Разъем ХР4 служит для
подключения 3,5-миллиметрового гнез-
да дистанционного управления, которое
размещено на задней панели.
Компоновка этого варианта усилите-
ля (рис. 3) почти не отличается от пре-
дыдущего. Вместо пластмассовой ко-
робчатой передней панели применена
панель из листового дюралюминия.
Внешняя поверхность панели покрыта
самоклеющейся пленкой Oracal черно-
го цвета с матовой поверхностью. Над-
писи сделаны по технологии Gerber-
Edge в виде небольших наклеек. Плата
управления закреплена на специаль-
ном кронштейне параллельно задней
панели. В остальном конструкции уси-
лителей идентичны.
Правильно собранная плата управле-
ния в настройке не нуждается. В отдель-
Рис. 3. Компоновка усилителя
ных случаях может
понадобиться лишь
скорректировать по-
рог компаратора, ко-
торый следит за на-
пряжениями
питания. Сделать
это можно заменой
номиналов резисто-
ров R55 и R56 на ос-
новных платах или
заменой номиналов
резисторов R1-R3
на плате управле-
ния.
Исходный текст
программы микро-
контроллера, файл
прошивки, а также
файл разводки пе-
чатной платы можно
найти по адресу
www.platan .ru/
shem/.
Леонид Ридико,
wubblick@yahoo.com
47
цифровая техника
Схемотехника №6 июнь 2001
Счетчик витков
для намотки катушек
Предлагаемая конструкция будет полезна всем, кто интересу-
ется применением современных микроконтроллеров. Речь пой-
дет о простом, но достаточно полезном устройстве для тех,
кому приходится изготавливать катушки, - счетчике намотан-
ных витков. Автор статьи сконструировал прибор для использо-
вания при перемотке коллекторных электродвигателей и на-
мотке силовых понижающих трансформаторов.
Схема собрана с использованием
однокристального микроконт-
роллера AT90S8535-8PI фирмы
Atmel.
Индикация числа витков осуществля-
ется с помощью ЖКИ модуля со встро-
енной схемой управления МТ10Т7-7.
Максимальное значение счета - 65535
витков. Кнопка “Сброс” обнуляет значе-
ние счетчика. Направление счета - на
увеличение или уменьшение - опреде-
ляется автоматически в зависимости от
направления вращения вала намоточно-
го приспособления. Датчиком числа обо-
ротов и направления вращения служат
герконы SKI, SK2, SK3. При замыкании
геркона SK1 выставляется направление
счета в обратном направлении, при за-
мыкании геркона SK2 выставляется на-
правление счета в прямом направлении.
При замыкании геркона SK3 осуществ-
ляется уменьшение или увеличение по-
казателей счетчика в соответствии с на-
правлением вращения и обновление
изображения на индикаторе.
В конструкции используются: С1, С2 -
любые керамические конденсаторы,
кварцевый резонатор - любой с часто-
той 4 МГц. Микроконтроллер
AT90S8535-8PL Последние буквы в на-
звании обозначают тип корпуса (PDIP)
и рабочий диапазон температур
R2 4.7K
Reset
-L ci зз
9
12

(JI 1	1
_ji Ti3
SK2
SK3
7.5...15В
К адап- *
теру
питания^.
СЗ 47мкФ
(Industrial). СЗ, С4 - любые элект-
ролитические конденсаторы с рабо-
чим напряжением для СЗ не ниже
25 В, для С4 не ниже 16 В. В каче-
стве DA1 используется микросхема
КР142ЕН5А (аналог зарубежной
7805). В качестве индикатора мож-
но применить ЖКИ модуль МТ 10-
Т7-7. Кнопка любого типа без фик-
сации.
Для питания схемы можно исполь-
зовать сетевой адаптер с выходным
напряжением от 7,5 до 15 В.
При правильной сборке настрой-
ка схемы не требуется. Необходимо
только с помощью программатора
занести программу в микроконтрол-
лер. Интересной особенностью ис-
пользованного в схеме микроконт-
роллера является возможность так
называемого внутрисхемного про-
граммирования-записи программы
БЛОК-СХЕМА ПРОГРАММЫ
БЛОК-СХЕМА ПРОЦЕДУРЫ ОБРАБОТКИ ПРЕРЫВАНИЙ INT1 И INTO
INTO
Рис. 2. Блок-схема работы устройства
INT1
в микроконтроллер без выпаивания
его из схемы. Программы для прошивки
микроконтроллера можно найти по ад-
ресу www.platan.ru/shem/. Там же мож-
но найти дополнительную информацию
об устройстве и принципе действия ис-
пользованного микроконтроллера.
В следующей статье будет предло-
жен модернизированный вариант счет-
чика витков, с помощью которого мож-
DD1 AT90S8535-8PI
17
18
C2 331I 8МГц
SK1 ___________16
Reset Vcc XTAL2 GND РВЗ XTAL1	РВ2 РВ1 PD2	РВО PD3	РВ4 PD4	РВ5	10	+5B
	11 GND	
	4 DB3	
	3 DB2	
	2 DB1	
	1 DBO	
	5 АО	
	6 WA1	
		
R
DA1 КР14ЕН5А
-	—f—>+5В
R1
200К
С4 47мкФ
Регулировка
контрастности
Рис.1. Принципиальная электрическая схема
Модуль ЖКИ
МТ10Т7-7
1
АО
GND	2
WA1	3
DB3	4
DB2	5
DB1	6
DBO	7
GND	8
R	9
+5B	10
WA2
WA1
DB3
DB2
DB1
DB0
GND
V0
+Е
GND
Рис. 3. Конструкция узла счета числа
оборотов
но будет задавать с клавиатуры необ-
ходимое число витков и осуществлять.
При этом схема и конструкция счетчи-
ка не будет изменяться, будут только
добавлены кнопки для задания числа
витков и схема формирования звука.
Михаил Голубцов,
my_mich@hotmail.com
Продолжение следует
48
цифровая техника
Контроллер 128-канального
аналогового коммутатора
Данное устройство предназначено для управления платой 128-ка-
нального аналогового коммутатора, работа которого была рас-
смотрена в предыдущем номере журнала.
Ядром данного прибора (рис. 1)
является микроконтроллер U5
AT90S8535 фирмы AtmeL Этот
микроконтроллер имеет интегрирован-
ный 8-канальный 10-разрядный АЦП,
один канал которого используется для
измерения падения напряжения на об-
разцовом резисторе платы коммутато-
ра. Супервизор U3 обеспечивает на-
дежный запуск микроконтроллера при
включении и его блокировку при сниже-
нии питания после отключения. К пор-
ту В через разъем подключена пленоч-
ная клавиатура с размером матрицы
4x4 кнопки. Диоды VD1-VD4 защища-
ют порты микроконтроллера от замы-
кания при нажатии нескольких кнопок
одновременно. Жидкокристаллический
индикатор (2 строки по 16 символов,
LED-подсветка) подключен к порту С.
Разъем Р1 служит для связи с платой
коммутатора. Порт А используется в
качестве входов внутреннего АЦП. При-
чем используется только один младший
вход, на который подается буферизи-
рованное напряжение с образцового
резистора на плате коммутатора. С пла-
ты коммутатора также снимается опор-
ное напряжение для АЦП (контакт REF
на разъеме Р1). Биты PD0 и PD1 порта
D выполняют совмещенную функцию,
управляя преобразователем уровней
U7, через который осуществляется об-
мен данными с компьютером по интер-
фейсу RS-232. Микросхемы U2, U4, U6,
U8 выполняют функцию расширителя
интерфейса микроконтроллера и обес-
печивают дополнительно 8x3 выходных
битов, программируемых микроконтрол-
лером посредством шести сигналов: SC,
SD, ~РЕ, LO, L1, L2 (некий упрощенный
аналог широко известной микросхемы
К580ВВ55). Программируются эти мик-
росхемы следующим образом. Сначала
микроконтроллер передает последова-
тельные данные (8 бит) по линии SD на
сдвиговый регистр U2, сопровождая их
синхроимпульсами на линии SC. Эти
данные, преобразованные в параллель-
ный вид, появляются на выходах регис-
тра U2 и поступают на входы трех реги-
стров-защелок U4, U6, U8. После этого,
мигнув (подав короткий импульс) одним
из сигналов LO, L1, L2, микроконтроллер
перепишет данные в соответствующий
регистр-защелку U4, U6, U8. Заверша-
ющим этапом является вывод регист-
ров-защелок из высокоимпедансного
состояния сигналом лог. О на линии ~РЕ
(PD4). При этом на выходах регистров-
защелок появятся ранее записанные в
них данные. Защелка U4 (L0) управляет
системой индикации, реализованной на
генераторе звука BZ1 и двух светодио-
дах HL1, HL2 (соответственно биты 0,1,
2). Остальные 5 бит не используются.
U6 служит для указания адреса контак-
та тестового порта, напряжение с кото-
рого следует подать на образцовый ре-
зистор для измерения (младшие 7 бит
ZA0-ZA6). Старший бит (ZE) служит для
разрешения коммутации. При уровне
лог. О на нем образцовый резистор не
подключается ни к одному из контактов
тестового порта, независимо от значе-
ния младших семи бит. Защелка U8 (L2)
управляет коммутацией источника об-
разцового напряжения на плате комму-
татора на один из контактов тестового
порта. 7 младших бит (YA0-YA6) - соб-
ственно номер контакта, на который сле-
дует подать образцовое напряжение
(0...127); старший бит YE - бит разре-
шения коммутации. При уровне лог. О на
нем опорное напряжение отключено от
всех контактов тестового порта.
Разъем ХТЗ служит для внутрисхем-
ного программирования микроконтрол-
лера. Программа написана на языке Си
(компилятор фирмы CodeView, http://
infotech.ir.ro). Для ясности ниже приве-
49
цифровая техника
дены функции, записывающие данные
в один из регистров-защелок U4, U6, U8:
void SerialWnte(char b) // выводит
байт в сдвиговый регистр U2
{
int j;
for (j = 0; j < 8; j ++)
{
if (b& 128)
SD = 1;
else
SD = 0
delay_us(1); //пауза, 1 микросе-
кунда
SC = 1;
delay_us(1);
SC = 0;
b «= 1;
}
}
void PortWrite(char
port, char data) // за-
писывает байт data в
указанный номер пор-
та-защелки (0,1 или 2)
{
PDIS = 0;
delay_us(1);
И вывод регистров
из Z-состояния
SerialWrite(data);
// использу-
ем предыдущую функ-
цию - пишем данные в
сдвиговый регистр
if (port == 0)
// переписываем данные в нужный ре-
гистр-защелку
{
L0 = 1; delay_us(10); L0 = 0;
}
if (port == 1)
{
L1 = 1; delay_us(10); L1 = 0;
}
if (port == 2)
{
L2 = 1; delay us(10); L2 = 0;
}
}
Порты микроконтроллера определе-
ны в соответствии с принципиальной
схемой:
#define SD PORTD.3
#	define SC PORTD.2
#	define PDIS PORTD.4
#	define L0 PORTD.5
#	define L1 PORTD.6
#	define L2 PORTD.7
В программе контроллера реализо-
ваны следующие функции: самодиаг-
ностика платы коммутатора при вклю-
чении (возможность которой подчер-
кивалась в статье о самом коммута-
торе); поиск межконтактных сопротив-
лений, превышающих или не превы-
шающих задаваемый порог; непре-
рывный опрос сопротивления между
двумя задаваемыми контактами и воз-
можность передачи данных на компь-
ютер через последовательный интер-
фейс RS-232 для более полного ана-
лиза. Передача полной матрицы
128x128 двухбайтовых слов (в каждом
слове используются только 10 бит -
количество разрядов АЦП) на скоро-
сти 57600 бит/с происходит пример-
но за 10 с. В устройстве использован
микроконтроллер (U5) в 44-выводном
корпусе типа PLCC Он установлен на
панели, как показано на фотографии
собранной печатной платы прибора
(Рис. 2).
Скворцов Артем,
sof@comail.ru
Справочная информация
Сокращения параметров
полупроводниковых приборов
В настоящее время практически каждому радиолюбителю и профессионалу приходится работать с различными спра-
вочными данными по подбору полупроводниковых приборов При это возникают определенные трудности, когда необхо-
димо разобраться с тем, что означает то или иное сокращение. Для того, чтобы восполнить этот пробел приводится
таблица общепринятых сокращений при обозначении параметров полупроводниковых приборов.
Схемотехника №6 июнь 2001
Таблица 1
BW	Bandwidth	Полоса пропускания
Сев	Collector to Base Capacitance	Емкость коллектор-база
CG	Conversion Gain	Усиление преобразования
СМ	Cross Modulation или Common Mode	Кросс-модуляция или обычный режим
BVcER	Collector-Emitter Breakdown Voltage	Пробивное напряжение коллектор-эмиттер
BVcEO	Collector-Emitter Breakdown Voltage	Пробивное напряжение коллектор-эмиттер
BVebo	Collector-Base Breakdown Voltage	Пробивное напряжение коллектор-база
Сов	Output Capacitance	Выходная емкость
Cre	Common Emitter Reverse Transfer Capacitance	Обратная проходная емкость транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером
Duty	Duty Cycle	Рабочий цикл; максимальная нагрузка
fT	Unity Gain Bandwidth Product	Частота единичного усиления
flN	Input Frequency	Входная частота
fMAX	Maximum Frequency of Oscillation	Максимальная частота генерации
fsTB	Oscillator Frequency Stability	Стабильность частоты генератора
fop	Operating frequency	Рабочая частота
Ga	Associated Gain	Связанное усиление
Gl	Linear Gain	Линейное усиление
Gm	Transconductance	Проводимость
Gp	Power Gain	Коэффициент усиления по мощности
(Продолжение следует)
50
электроника в быту
Терморегулятор
для инкубатора
К настоящему времени опубликовано уже немало описаний терморе-
гуляторов для инкубаторов. Дополнить этот список попробует и
автор данной статьи.
Описанный ниже терморегулятор
имеет параметры, зависящие
только от желания изготовите-
ля. Хорошо подогнанный терморегулятор
показал следующие характеристики:
• минимальное напряжение пита-
ния -от 130 В;
•	максимальное напряжение пита-
ния - до 290 В;
•	точность лучше 0,1 °C (более точно-
го воздушного ртутного термометра
для проведения тестовых измере-
ний просто не оказалось);
•	мощность нагрузки до 2 кВт.
При подаче напряжения питания
380 В инкубатор сохранял работоспо-
собность в течение 3,5 минут.
При проведении сварочных работ
сварочным аппаратом мощностью4 кВт
и при питании от одной розетки с ним в
течении 2 часов показания термомет-
ра не изменялись.
Условно терморегулятор состоит из
следующих узлов:
•	стабилизированного блока питания;
•	формирователя импульсов разре-
шения работы;
•	мультивибратора;
•	компаратора на ОУ;
•	силового ключа.
Принципиальная схема устройства
изображена на рис. 1.
Блок питания выполнен по бестранс-
форматорной схеме и стабилизирован
аналогом стабилитрона на транзисторе
КТ815 или КТ817 (с любой маркировкой).
Гасящий конденсатор шунтирован рези-
стором МЛТ-1 сопротивлением 100 кОм
для его разряда в выключенном состоя-
нии устройства и добавки небольшого
тока в нагрузку. Индуктивность и резис-
тор МЛТ-1 сопротивлением 12 Ом-то-
когасящие. Их введение в схему сильно
увеличило “живучесть” прибора при пло-
хом контакте вилки и розетки сети пита-
ния. При возникновении искры в момент
включения и при плохом контакте рано
или поздно возникнет ситуация, когда на-
пряжение заряженного конденсатора 1
мкФ на 400 В (К73-17) будет противопо-
ложно напряжению самой сети питания.
В результате в схему попадет импульс
длительностью 1...5 мс и напряжением
как минимум 100... 170 В. Естественно,
что исправных элементов останется не-
много. В качестве индуктивностей L1 и
L2 используются стирающие головки
аудиоаппаратуры. Выбор подобных эле-
ментов - вопрос чисто технологический.
Дроссели такой мощности и индуктивно-
сти весьма громоздки и имеют горизон-
тальный тип корпуса. Стирающая голов-
ка компактна и позволяет сильно сэко-
номить место на печатной плате.
Выпрямитель - однополупериодный,
собран на диодах VD1-VD2. На транзи-
сторе КТ815 собран аналог стабилитро-
на. Данное решение сильно увеличило
тепловую мощность стабилизатора (ис-
пользуется теплоотвод) и дало возмож-
ность использовать малогабаритные
стабилитроны на 12...14 В. Повышен-
ная тепловая мощность появилась из-
за использования большего, чем это
необходимо, гасящего конденсатора
(при питании от 210-230 В емкость кон-
денсатора может быть уменьшена до
0,68 мкФ). Увеличение емкости расши-
рило диапазон питающих напряжений в
нижнюю сторону. Теплоотводом служит
алюминиевая полоска размером
20x72 мм. На расстоянии 10 мм выпол-
нен продольный разрез на глубину
20 мм. Верхний лепесток отгибается на
угол 90° и обрезается на 15... 17 мм от
линии сгиба. Отверстие под винт с по-
тайной головкой в транзисторе зенкует-
ся сверлом 8... 10 мм. Отогнутый лепес-
ток теплоотвода прикладывается к
металлической части корпуса КТ815 и
размечается отверстие под винт. Толь-
ко после сверления отверстия и закреп-
ления теплоотвода “потайным” винтом
запаивают конденсатор К73-17. Для уве-
личения жесткости необходимо прикле-
ить теплоотвод к стирающей головке и
самой плате.
Формирователь импульсов разреше-
ния работы состоит из двух транзисто-
ров КТ502 и делителя напряжения из
резистора на 240 кОм, включенного в
цепь эмиттера левого по схеме транзи-
стора и R1. В момент перехода напря-
жения сети питания через ноль оба тран-
зистора закрыты и на работу схемы не
влияют. Как только напряжение сети пи-
тания начинает увеличиваться, на рези-
сторе R1 создается достаточное падение
напряжения и один из транзисторов от-
крывается, блокируя работу мультивиб-
ратора. При появлении достаточного по-
ложительного напряжения на верхней по
схеме клемме питания, ток течет по цепи:
верхняя клемма-эмиттер/база правого
по схеме КТ502-резистор номиналом
240 кОм-нижняя клемма питания. В ре-
зультате на базе получается потенциал
меньше, чем на эмиттере, правый по схе-
ме транзистор КТ502 открывается до со-
стояния насыщения, и на его коллекторе
появляется напряжение, запрещающее
работу мультивибратора. Если же поло-
жительное напряжение начинает увели-
чиваться на нижней по схеме клемме пи-
тания в работу вступает правый по схеме
транзистор КТ502. Отношение сопротив-
лений R1/240 кОм определяет напряже-
ние, при превышении которого запреща-
ется работа мультивибратора, а также
время его работы, тем самым существен-
но снижая общий ток потребления и рас-
ширяя диапазон питающих напряжений.
Резистор R1 - МЛТ-0,125 сопротивлени-
ем 1,8...2,2 кОм.
Мультивибратор собран на транзисто-
рах КТ3107 и КТ815 (с любой буквой).
При снижении потенциала на базе тран-
зистор КТ3107 открывается, и протека-
ющий через R3, КТ3107, R4 ток откры-
вает КТ815. На коллекторе появляется
напряжение, близкое к напряжению на
эмиттере. До сих пор заряженный кон-
51
электроника в быту
Схемотехника №6 июнь 2001
денсатор С1 начинает разряжаться че-
рез переход эмиттер-коллектор КТ3107,
R4, переход база-эмиттер КТ815 (что и
удерживает его в открытом состоянии)
и резистор R4. Как только конденсатор
разрядится, транзистор КТ815 закроет-
ся и будет закрыт до тех пор, пока кон-
денсатор не зарядится через резистор
R4 до напряжения, достаточного для
открытия транзистора КТ3107. Время
протекания этих процессов определяет-
ся сопротивлением резисторов R3, R4
и емкостью С1, следовательно, частота
работы мультивибратора зависит от но-
миналов этих элементов и коэффици-
ента усиления транзисторов. R3, R4 -
0,75...1 кОм, С1 - 0,015...0,047 мкФ.
Частота работы мультивибратора дол-
жна находиться в пределах 5-15 кГц. В
качестве нагрузки для мультивибратора
используются резистор 220 Ом, индук-
тивность L2, емкость 0,068 мкФ, резис-
тор 820 Ом, 0,068 мкФ, 820 Ом, управ-
ляющий электрод симистора. Индуктив-
ность необходима для создания импуль-
сов самоиндукции напряжением боль-
шим, чем на левом выводе резистора
220 Ом. В результате симистор откры-
вается переменным напряжением и про-
пускает обе полуволны синусоиды пи-
тания.
Компаратор выполнен на ОУ из-за на-
личия большого количества возможных
замен, что в свою очередь облегчает по-
вторяемость схемы. ОУ можно исполь-
зовать практически любой, лишь бы его
напряжение питания было выше 10 В
(К544УД2, К574УД1, К140УД6, К140УД7,
К140УД8, КР140УД608, КР140УД708,
КР140УД1208, КР140УД1408, К153УД2).
В качестве датчика температуры исполь-
зуется терморезистор с номинальным со-
противлением 47 кОм. Подстроечным ре-
зистором регулируется диапазон
температур (34...42°С), переменным -
температура. ОУ охвачен ПОС (R2) для
более устойчивого включения-выключе-
ния нагрузки и определяет точность под-
держания температуры. Номинал этого
резистора может колебаться от 470 до
750 кОм. При использовании устройств
для перемешивания воздуха не рекомен-
дуется превышение номинала R2 более
510 кОм, в противном случае возможен
быстрый выход из строя двигателя из-за
перегрева от частых пусковых токов.
Резисторы на 6,8 кОм на выводе 3 ОУ
создают опорное напряжение, с кото-
рым сравнивается напряжение на вы-
воде 2 ОУ, определяемое делителем из
постоянного, подстроечного, перемен-
ного резистора и терморезистора. Пока
температура терморезистора ниже ус-
тановленной, его сопротивление вели-
ко, и на выводе 2 ОУ напряжение выше,
чем на выводе 3, соответственно на
выходе ОУ (вывод 6) будет напряжение,
близкое к нулю. Это напряжение через
резистор 100 кОм подается на базу
транзистора КТ3107, и, если формиро-
ватель дает разрешение, мультивибра-
тор запускается и открывает силовой
ключ. Последний подает питание на
нагревательный элемент, и температу-
ра в инкубаторе начинает повышаться.
Сопротивление терморезистора зави-
сит от температуры окружающей сре-
ды и с ее увеличением уменьшается,
тем самым уменьшая напряжение на
выводе 2. Как только напряжение на
выводе 2 станет меньше, чем на выво-
де 3, ОУ на своем выходе (вывод 6)
изменит выходное напряжение на близ-
кое к напряжению питания. Это напря-
жение через резистор 100 кОм подает-
ся на базу транзистора КТ3107 и
запрещает работу мультивибратора.
Расположение печатных проводни-
ков приведено на рис. 2, а расположе-
ние деталей - на рис. 3.
В качестве нагревательного элемен-
та лучше использовать нихромовую
спираль мощностью 300...400 Вт. Если
подходящей не оказалось, можно пос-
ледовательно соединить полторы-две
спирали большей мощности. Отказ от
традиционных ламп накаливания обо-
снован тем, что часто меняющаяся ос-
вещенность неблагоприятно влияет на
развивающийся эмбрион.
В качестве силового ключа можно
использовать любой симистор серии
ТС, необходимо только учесть, что но-
минальный ток симистора должен
быть в 1,5-2 раза выше тока, потреб-
ляемого нагревателем (у холодной
спирали активное сопротивление
меньше, чем у нагретой, а мощность
спирали считается по разогретому со-
противлению).
Регулировка терморегулятора заклю-
чается лишь в подборе конденсатора
С1 при использовании слишком мощ-
ных симисторов с большим током от-
крывания.
При использовании в качестве на-
грузки только реактивных элементов
тока удержания симистора в открытом
состоянии в начале роста напряжения
синусоиды может не хватить. Решени-
ем этой проблемы может стать установ-
ка конденсатора С2 (4 мкФ на 400 В).
Если подходящего не нашлось, то един-
ственным выходом остается парал-
лельное подключение к нагрузке лам-
пы накаливания мощностью 40 Вт,
иногда 25 Вт.
Увеличивая сопротивление R1 и ис-
пользуя конкретную нагрузку, уменьша-
ют время работы мультивибратора, тем
самым снижая потребление энергии
схемой и расширяя диапазон питающих
напряжений в меньшую сторону. Увели-
чивая площадь теплоотвода на транзи-
сторе стабилизатора, увеличивают ди-
апазон питающих напряжений в
большую сторону.
Терморезистор установлен в корпу-
се инкубатора и соединен с платой эк-
ранированным, изолированным прово-
дом. Идеально подходит для этого одна
жила низкочастотного видеошнура. На
места пайки лучше
надеть виниловую
трубку (не рекомен-
дуется прятать в
трубку весь термо-
резистор, так как это
увеличивает инерци-
онность датчика и,
соответственно, по-
грешность).
Конструктивно
терморегулятор вы-
полнен в пластмас-
совом корпусе и
имеет пластмассо-
вую ручку на регуля-
торе температуры,
так как все детали
регулятора имеют гальвани-
ческую связь с сетью. На кор-
пусе имеется розетка для
подключения нагрузки и све-
тодиод АЛ307, индицирую-
щий о подаче в нагрузку на-
пряжения питания. При
обрыве нагрузки светодиод
будет чуть заметно светить-
ся (не хватает тока удержа-
ния симистора в открытом
состоянии), что означает ава-
рийную ситуацию.
Как видно из всего вышеска-
занного, терморегулятор име-
ет достаточно хорошие пара-
метры, но только в том случае,
если отсутствуют веерные от-
ключения электроэнергии. Как
изготовить терморегулятор с
бесперебойным питанием,
читайте в следующем номере
журнала.
Михаил Майоров,
root@amr.novshah.donpac.ru
52
электроника в быту
Универсальный регулятор
уровня воды
Описанное ниже устройство предназначено для автоматической ре-
гулировки уровня воды в емкостях любого объема. Устройство уни-
версально, т. е. работает как на заполнение емкости водой, так и
на ее откачивание. Сфера использования весьма разнообразна: полив
садово-огородных участков при слабом давлении воды в водопрово-
де, откачивание грунтовых вод из подвалов и погребов, заполнение
водонагревательных баков и расширительных бачков систем водо-
снабжения и отопления.
Принципиальная схема устройства
приведена на рис. 1.
Принцип работы прибора
При включении прибора в сеть пита-
ния 220 В сетевое напряжение подает-
ся на понижающий трансформатор.
С сетевого трансформатора пере-
менное напряжение (13... 15 В) выпрям-
ляется диодным мостом, сглаживается
конденсатором и подается на интег-
ральный стабилизатор напряжения
(К142ЕН8Б).
Стабилизированное напряжение 12 В
подается на микросхемы устройства.
В первый момент времени конденсатор
С1 находится в разряженном состоянии
и после подачи питания удерживает уро-
вень логического 0 на время, достаточ-
ное для установки триггера DD2.2 в со-
стояние логической 1 на выводе 13 и
логического 0 на выводе 12. После за-
рядки конденсатор С1 в дальнейшей ра-
боте устройства участия не принимает.
На элементе DD2.1 собран мультивиб-
ратор на частоту 14... 18 кГц. Резистор с
вывода 2 необходим для более устойчи-
вого запуска мультивибратора. Мульти-
вибратор не симметричный для сниже-
ния тока потребления устройства
(транзистор VT1 дольше закрыт, чем от-
крыт).
Допустим, что переключатель SA1
находится в положении “Закачать”. Лог. 1
с вывода 13 DD2.2 разрешит работу эле-
мента DD1.2, тем самым пропуская сиг-
нал с мультивибратора на базу VT1.
Транзистор, усиливая сигнал по мощно-
сти, наводит ЭДС в трансформаторе
TV2. Переменное напряжение, наводи-
мое в TV2, через токоограничивающий
резистор подается на управляющий
вывод симистора, тем самым открывая
его и подавая напряжение питания на
нагрузку (например, электронасос), и
емкость начинает заполняться.
Сопротивление воды зависит от со-
лей, растворенных в ней, но в любом
случае оно много меньше 100 кОм, по-
этому вода, заполняющая емкость, дой-
дя до нижнего концевого датчика, из-
менит уровень лог. 1 на входе DD1.3 на
лог. 0. Пройдя через элементы DD1.3 и
DD1.1, уровень лог. 0 дважды инверти-
руется и на входе “S” элемента DD2.2
появляется логический 0. Верхний кон-
цевой датчик еще сухой, и на входе
DD1.4 присутствует уровень лог. 1, сле-
довательно на входе “R” DD2.2 присут-
ствует лог. 0, и триггер хранит получен-
ную в момент предустановки информа-
цию (вывод 13 - лог. 1, выв. 12 - лог. 0).
Вода, дойдя до верхнего концевого
датчика, подаст на вход DD1.4 логичес-
кий 0, на выходе сформируется логи-
ческая 1, которая переведет триггер
DD2.2 в состояние установки 0. На вы-
воде 13 DD2.2 появится логический 0,
запрещающий работу элемента DD1.2,
и, соответственно, прекратит работу
ключ на VT1, симистор закроется, и
насос выключится.
По мере расхода воды верхний кон-
цевой датчик откроется, и на входе
DD1.4 установится лог. 1. Соответствен-
но, на входе “R” DD2.2 появится лог. 0,
и триггер будет хранить записанную
информацию. Вода, продолжая убы-
вать, откроет нижний концевой датчик,
на входе DD1.3 и на выходе DD1.1 по-
явится лог. 1, триггер установится в со-
стояние 1, при котором на выв. 13 по-
ступает лог. 1, на выв.12 - лог. 0, и на-
сос снова начнет заполнять резервуар.
Так циклы расхода и заполнения будут
повторяться снова и снова.
Если переключатель SA2 находится
в положении “Выкачать”, то работа ус-
тройства изменится на противополож-
ное, т. е. насос будет работать до тех
пор, пока уровень воды не опустится
ниже нижнего концевого датчика, а “от-
дыхать” - пока вода не поднимется до
верхнего концевого датчика.
Кнопка SA1 предназначена для при-
нудительного включения/выключения
нагрузки. Размыканием ее контактов
на вход “С” триггера DD2.2 подается
лог. 1, что приводит к записи инфор-
мации, находящейся на входе “D”, а т.
к. он соединен со своим инверсным вы-
ходом, следовательно при каждом на-
жатии на SA1 состояние триггера бу-
дет меняться на противоположное,
соответственно включая или выключая
нагрузку.
53
электроника в быту
Конструкция и детали
Устройство выполнено на печатной
плате, расположение проводников ко-
торой показано на рис. 2, а расположе-
ние деталей - на рис. 3.
TV1 - любой сетевой трансформатор
мощностью 6...8 Вт и выходным напря-
жением 13 ..15 В
TV2 - выполнен на ферритовом стер-
жне (можно от магнитной антенны ра-
диоприемника) диаметром 6...8 мм и
длиной 20...25 мм Обмотка I содержит
300 витков провода ПЭВ, ПЭВ-2, диа-
метром 0,13...0,15 мм. Обмотка II со-
держит 200 витков того же провода с
отводом от каждых 50 витков. Между
обмотками необходимо проложить 3-4
слоя лакоткани, а лучше фторопласто-
вой пленки.
Как известно, у каждого симистора свой
индивидуальный ток открывания, поэто-
му может возникнуть необходимость в
подборе выходного напряжения сТ\/2. На-
чинать подбор следует с наименьшего на-
пряжения. В случае, если при максималь-
ном выходном напряжении на TV2 сими-
стор открываться не будет, можно умень-
шить резистор в цепи коллектора VT1 до
20 Ом Если и это не поможет, следует
поменять симистор на исправный.
Симистор VS1 - любой из серии “ТС",
следует только учесть, что его номиналь-
ный ток должен быть в 4-5 раз больше
номинального тока нагрузки, так как в
первый момент после подачи напряже-
ния в нагрузку возникают “пусковые” токи,
превышающие номинальный ток в 2-3
раза, а иногда и более.
Подбирают ток открывания симисто-
ра, нагрузив его лампой накаливания
мощностью не менее 60 Вт. Лампа дол-
жна гореть ровным светом и в полную
мощность. Если же лампа мигает или
горит в полнакала, необходимо увели-
чить ток открывания симистора
Конденсатор на клеммах нагрузки
необходим для устранения искажений
синусоиды питающего напряжения,
вносимых симистором. Для электрона-
сосов это очень принципиально.
Диоды КД103 можно заменить на лю-
бые из серии КД521, КД522, КД 102. Вме-
сто КД209 можно использовать любые
выпрямительные диоды на ток 0,3 А и
напряжение 25 В и выше. В качестве SA1
и SA2 подой-
дут П2К(ЭА1-
без фиксации,
SA2 - с фикса-
цией). Стаби-
л и з а т о р
К142ЕН8Б ус-
тановлен на
теплоотводе, в
качестве кото-
рого может
быть использо-
вана алюмини-
евая пластина
толщиной 3-4 мм и размером 30x100 мм.
Концевые датчики можно изготовить из
фольгированного стеклотекстолита, их
примерный вид показан на рис. 4. После
зачистки фольги шкуркой ее лудят при-
поем марки ПОС-90 (этот припой наиме-
нее чувствителен к коррозии). К одной
площадке припаивается центральная
жила, к другой - экран экранированного
провода, идущего на плату устройства.
Места пайки тщательно обрабатывают-
ся эпоксидным клеем. Можно в качестве
концевых датчиков использовать арма-
туру небольших диаметров. Для неглу-
бокого, но широкого резервуара подой-
дут зачищенные электроды для дуговой
сварки.
В случае, когда измеряется уровень
загрязненной воды, например, водорос-
лями, тиной и т. п., концевые датчики
необходимо оградить мелкой сеткой.
После расположения концевых дат-
чиков на необходимых уровнях устрой-
ство готово к работе.
Общий провод устройства, его кор-
пус, если он из металла, и корпус элек-
тронасосов и клапанов необходимо
тщательно заземлить.
Михаил Майоров,
root@amr.novshah.donpac ru
Схемотехника №6 июнь 2001
Контроллер для управления
стиральной машиной
В последнее время микроконтроллеры все шире применяются в систе-
мах управления бытовыми электронными приборами. В данной статье
приведен один из вариантов использования микроконтроллера AVR
AT90S4434 для управления стиральной машиной “Эврика-ЗМ”, механи-
ческое программное устройство которой из-за длительного срока
использования вышло из строя. Разрабатываемое устройство должно
выполнять простую задачу - управлять четырьмя ключами: вращения
в одну сторону в другую сторону, слива, отжима. Упрощенная струк-
турная схема стиральной машины показана на рис. 1.
Стиральная машина имеет четы-
ре основных режима: предвари-
тельная стирка, основная стир-
ка, полоскание, отжим.
Основным требованием к устройству
является его надежность и безопас-
ность. Кроме того, желательно знать,
сколько времени в минутах осталось до
конца соответствующего режима и
иметь звуковую сигнализацию о завер-
шении режима. Управляющих элемен-
тов (кнопок, переключателей и т. п.)
должно быть как можно меньше (в иде-
але - ни одного, но оказалось, что одну
кнопку все-таки поставить надо). Прин-
ципиальная схема устройства, приве-
денная на рис. 2, не критична к номи-
налу резисторов.
AVR-микроконтроллеры очень чув-
ствительны к искрению и помехам, по-
этому все места возможного искрения
должны быть зашунтированы емкостя-
ми. Для этого везде, где необходимо,
использовались цепочки из последо-
вательно включенных резисторов со-
противлением 100 Ом и конденсаторов
емкостью 0,33 мкФ. Чтобы не было
сбоев, все механические контакты дол-
жны быть хорошо подогнуты (чтобы не
54
электроника в быту
болтались). Использование оптоси ми-
стеров типа МОС3062 или других этой
серии также увеличивает надежность,
т. к. сами симисторы включаются толь-
ко при переходе фазы через ноль
(Zero-Cross), уменьшая тем самым
уровень помех при переключении.
Внешний вид панели управления
приведен на рис. 3.
В программе контроллера использо-
ваны прерывания по таймеру 1 для ге-
нерации звукового сигнала и по тайме-
ру 0 - для управления индикаторами.
Программа контроллера написана на
ассемблере и состоит из основной про-
граммы и нескольких подпрограмм.
Исходный текст программы можно ска-
чать по адресу www.platan.ru/shem/.
Управление стиральной машиной
производится в следующей последова-
тельности. При включении в сеть про-
грамма обрабатывает процедуру сбро-
са, встает в точку Стоп1 и опрашивает
кнопку Пуск. Далее, если кнопка нажа-
та на время, продолжительностью ме-
нее 2 с, программа переходит в Режим
1 и производит предварительную стир-
ку. В конце Режима 1 программа пере-
ходит в Стоп2, включает звуковой сиг-
нал и опять опрашивает кнопку Пуск.
Нажатие на кнопку можно отключать
звуковой сигнал. Далее, при нажатии на
кнопку в течение менее 2 с, происхо-
дит выполнение очередного цикла (опе-
рации) программы, а если кнопку на-
жать и удерживать более 2 с - програм-
ма идет по кругу СтопЗ, Стоп4, Стопб с
шагом в 2 секунды. При отпускании
кнопки программа включает соответ-
ствующий режим.
Машина работает в соответствии с за-
водской циклограммой, однако програм-
му легко можно изменить под конкрет-
ные нужды. Индикатор показывает,
сколько времени в минутах осталось до
конца выбранного режима. Для програм-
мирования микроконтроллера можно ис-
пользовать любой внутрисхемный про-
грамматор.
Перед вызовом подпрограммы стир-
ки необходимо указать:
•	количество циклов стирки в регист-
ре R19;
•	время вращения в регистре R27;
•	время остановки в регистре R28;
•	количество циклов отжима в регис-
тре R29.
В тексте программы указаны стан-
дартные значения этих регистров.
Процесс установки нового контролле-
ра заключается в извлечении старого
блока управления и установке на его
место контроллера и блока тиристоров.
Описанная схема надежно работает у
автора уже более месяца.
Александр Орехов,
sasha@online.stack.net